关于素数p模下利用∑_{d ∣ p-1} φ(d)与∑_{d ∣ p-1} ψ(d)证明d阶元素存在性的逻辑疑问
关于素数p模下利用$\sum_{d ∣ p-1} φ(d)$与$\sum_{d ∣ p-1} ψ(d)$证明d阶元素存在性的逻辑疑问
我正在读Andrej Dujella的《数论》,在理解素数p模下恰好有$\varphi(d)$个d阶元素这个证明时卡壳了,尤其是其中证明每个$d\mid p-1$都至少存在一个d阶元素的部分。
先把原证明里让我困惑的这段贴出来:
每个数$1,2,3,...,p-1$模p都属于某个指数d(d是$\varphi(p)=p-1$的约数)。我们用$\psi(d)$表示序列$1,2,...,p-1$中属于指数d的元素个数,那么有
$$\sum_{d \mid p-1} \psi(d) = p-1.$$
只需证明:若$\psi(d)\neq 0$,则$\psi(d)=\varphi(d)$。事实上我们知道
$$\sum_{d \mid p-1} \varphi(d)=p-1,$$
所以如果存在某个d使得$\psi(d)=0 < \varphi(d)$,那么$\sum_{d \mid p-1} \psi(d)$就会小于p-1。因此,对所有d都有$\psi(d)\neq 0$。
我的疑问是:这个矛盾推导好像站不住脚啊?我觉得就算有一些d使得$\psi(d)=0$,只要其他的$\psi(d)$能把总和“凑够”到p-1,不也行吗?为什么就能直接得出所有d的$\psi(d)$都不能为0呢?
有没有大佬能帮我理清楚这个逻辑?谢谢!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者llin
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