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求$2^{2^{24}}$除以9的余数的解法疑问

求$2{2{24}}$除以9的余数的解法疑问

嗨,我看了你对这个问题的解法,核心问题出在指数运算的优先级理解错了,这直接导致后续的推导全走偏啦!

先明确:$2{2{24}}$的运算顺序是从右往左的,也就是先计算上层的指数$2{24}$,再算2的这个结果次方,即$2{(2{24})}$,而不是你误以为的$(22){24}$(更不是错误的$4{12}$)。这个优先级错误是整个推导的关键漏洞。

接下来给你正确的解法,用数论里的欧拉定理会更清晰:

  • 首先,计算欧拉函数$\varphi(9)$:因为9是3的平方,$\varphi(9)=9\times(1-\frac{1}{3})=6$
  • 由于2和9互质,根据欧拉定理,$2^6 \equiv 1 \pmod{9}$,这意味着2的幂次除以9的余数是以6为周期循环的
  • 现在我们只需要求出指数$2^{24}$除以6的余数,就能简化原问题:
    • 观察2的幂次除以6的规律:$2^1=2 \equiv2\pmod{6}$,$22=4\equiv4\pmod{6}$,$23=8\equiv2\pmod{6}$,$24=16\equiv4\pmod{6}$……可以发现,当指数是偶数时,$2m\equiv4\pmod{6}$;指数是奇数时则为2。这里$24$是偶数,所以$2^{24}\equiv4\pmod{6}$
  • 回到原问题,$2{2{24}} \equiv24\pmod{9}$,计算$24=16$,$16\div9$的余数是7,所以最终余数是7

再回头看你的推导,第一步把$2{2{24}}$错误转化为$4^{12}$,这本身就不符合指数运算规则,后面的步骤自然也无法得到正确结果啦。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Samar Imam Zaidi

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