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关于含勒让德符号的素数幂次求和一般性递推关系的验证问询

关于含勒让德符号的素数幂次求和一般性递推关系的验证问询

我最近在做Analytic Number Theory(Florian Luca与Jean Marie De Koninck合著)第14章的习题14.2,里面有一系列关于含勒让德符号的素数求和证明题:

  • 证明对于任意素数 $p\equiv 1\pmod 4$,有:
    $$\sum _{r=1}^{p-1}r\left(\frac{r}{p}\right)=0$$
  • 证明对于任意素数 $p\equiv 3\pmod 4$,有:
    $$\sum _{r=1}{p-1}r2\left(\frac{r}{p}\right)=p\sum _{r=1}^{p-1}r\left(\frac{r}{p}\right)$$
  • 证明对于任意素数 $p\equiv 1\pmod 4$,有:
    $$\sum _{r=1}{p-1}r3\left(\frac{r}{p}\right)=\frac{3p}{2}\sum _{r=1}{p-1}r2\left(\frac{r}{p}\right)$$
  • 证明对于任意素数 $p\equiv 3\pmod 4$,有:
    $$\sum _{r=1}{p-1}r4\left(\frac{r}{p}\right)=2p\sum _{r=1}{p-1}r3\left(\frac{r}{p}\right)-p2\sum_{r=1}{p-1}r^2\left(\frac rp\right)$$

这些题目的解法思路其实挺清晰的:稍微对表达式做些变形,再结合勒让德符号的核心性质——当 $p\equiv 1\pmod 4$ 时 $\left(\frac{-1}{p}\right)=1$,当 $p\equiv 3\pmod 4$ 时 $\left(\frac{-1}{p}\right)=-1$ 就能解决。

不过看着这些等式的形式,我总觉得应该能推广成更一般的递推关系。我现在的疑问是:下面这两类一般性的等式是否成立?

  1. 对于素数 $p\equiv 3\pmod 4$,是否存在系数 $c_i(p)$ 使得:
    $$\sum {r=1}{p-1}r{2k}\left(\frac{r}{p}\right)=\sum{i=1}^{2k-1}c_i(p)\sum _{r=1}{p-1}r{2k-i}\left(\frac{r}{p}\right)$$
  2. 对于素数 $p\equiv 1\pmod 4$,是否存在系数 $c^\prime_i(p)$ 使得:
    $$\sum {r=1}{p-1}r{2k-1}\left(\frac{r}{p}\right)=\sum{i=1}{2k-2}c\prime_i(p)\sum _{r=1}{p-1}r{2k-1-i}\left(\frac{r}{p}\right)$$

我感觉如果这类一般性结论是已知成立的,证明起来应该不算难(思路上没障碍,就是计算可能有点繁琐),但我现在完全摸不着门道,不知道该怎么推导出来,总不能硬算吧?

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Sayan Dutta

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最近更新时间:2026.04.21 11:44:36