切换深浅主题
第 18 章:辨清几个计数问题,再用练习回查
本章保留原对话问过的素数数量、质因子数量及欧拉函数的区别。解析数论的渐近公式只作拓展,不参加前面的RSA证明。练习先挑你刚读过的主题,解答用于核对步骤。
18.1 三种“个数”不要混淆
| 问题 | 记号 | 例子 |
|---|---|---|
| 不超过 | ||
| 代表范围内与 |
如果 ,则
、
,并约定
。因每个质因子至少为
,
,所以
若有 个不同质因子,把它们排序后第
个不小于第
个质数,所以
至少是前
个质数的乘积。因此
时最多一种,
时最多两种,
时最多三种。这个上界讨论的是最大可能数量,不能当成给定整数的实际数量。
18.2 素数计数与渐近公式:只介绍拓展结论
素数定理为
表示两者比值趋于
,不是精确相等;相对误差趋于
,也不意味着绝对误差趋于
。对整数
,“小于
”的计数是
,不是
。参看 Carl Pomerance 的数论讲义。
| 上限 | 不超过 | |
|---|---|---|
| 10 | 4 | 4.3 |
| 100 | 25 | 21.7 |
| 1000 | 168 | 144.8 |
| 10000 | 1229 | 1085.7 |
| 100000 | 9592 | 8685.9 |
| 1000000 | 78498 | 72382.4 |
接近大数 的整数“成为素数的密度约为
”是一种启发式解释,不是证明。对数积分是更精细的经典近似;采用从
起积分的记号时,可写
。它与采用主值积分定义的
相差常数,记号应说明约定。
原对话还提到不同质因子数的最大值与平均值,其渐近量级分别是 与
。它们是关于一批整数的统计结论,不是计算
的精确公式。为把平均与正常数量分开,准确写成
Hardy–Ramanujan 定理的核心是“正常数量”:对每个固定 ,除占比趋于
的例外整数外,
接近
,相对偏差小于
。平均值结论与正常数量结论相关,但不是同一个陈述;这一区别可参看 Carl Pomerance 关于数量阶的讲义。
以上解析数论结论不在本篇的证明范围内,也不参与 RSA 正确性证明。拓展资料可参看 数论笔记中的算术函数阶。
18.3 练习与解答
题 1。 求 模
的余数。
解:,
。
题 2。 对任意整数 ,
与
哪个必成立?
解:第二个。第一个还需 ,取
即得反例。
题 3。 解 。
解: 的逆元为
,所以
。
题 4。 已知 ,求
的阶。
解:。直接检验
,
,
。
题 5。 解 、
。
解:公约数 整除余数差
,有解。写
,得到
,所以
,
。
题 6。 对 ,消息
是否都能恢复?
解:是。第 7.3 节已覆盖任意消息,包括 与质因子倍数。加密余数分别为
,相应解密余数也是它们本身。
题 7。 一个 阶循环群中,阶为
的元素分别有多少个? 解:分别为
,总和为
;其他正整数不整除
时个数为
。
题 8。 已知 模
的阶为
,
,求
。 解:指数对
取余为
,幂的值仍模
,所以
。
题 9。 两个独立随机变量的分布为 与
,它们相等的概率是多少?为何仍可写上界
? 解:按相同位置作乘积并求和得
。第二分布每项至多
,以第一分布为权重,权重总和为
,所以通用上界为
。上界不等于精确值。
题 10。 对 ,连续平方分解仍可用吗? 解:
,不是
的倍数,但条件已足够。
;取
得
,照样提取
。互质底数成功概率仍为
。
题 11。 若 与
中因子
的次数分别为
,互质均匀底数一次尝试的成功概率是多少? 解:
,失败概率为
,成功概率为
。
题 12。 单次失败概率为 ,独立重复
次仍全部失败的概率与期望尝试次数是多少? 解:分别为
与
。若不独立重选,这些式子未必成立。