Кіріспе

Жай сандар туралы теорема Алгебра және сандар теориясында Уилсон теоремасы былай гласит: n > 1 табиғи саны жай сан болады, егер және тек қана n-ден кіші барлық оң бүтін сандардың көбейтіндісі n-нің еселігінен бір кем болса. Яғни (модульдік арифметика белгілерін пайдаланып), факториал (n-1)! ≡ -1 (mod n) теңдігі орындалады, дәл n жай сан болғанда. Басқаша айтқанда, кез келген n > 1 бүтін саны жай сан болады, егер және тек қана (n-1)! + 1 саны n-ге бөлінетін болса.

Тарих

Теореманы алғаш рет Ибн әл-Хайтам шамамен 1000 жылы тұжырымдаған. Эдвард Уоринг 1770 жылы теореманы дәлелдемей жариялаған, алайда оның студенті Джон Уилсонға осы жаңалықты айтқан. Лагранж 1771 жылы оған алғашқы дәлел келтірген. Лейбниц бұл нәтиже туралы бір ғасыр бұрын да білген деген деректер бар, бірақ оны жарияламаған.

Дәлелдендіру

Төмендегі дәлелдемелер (жас модульдер үшін) жас санға қатысты қалдықтар кластары шекті өріс құрайды деген фактіні пайдаланады. Толығырақ ақпарат үшін «Жас өріс» мақаласын қараңыз. Барлық дәлелдемелер үшін Лагранж теоремасы қажет, ол кез келген өрісте n дәрежелі көпмүшеліктің ең көп дегенде n түбірі болатынын көрсетеді.

Композиттік модуль

Егер n құрама сан болса, онда ол қандай да бір жай санға бөлінеді q, мұнда 1 < q ≤ n − 2. Себебі q санын бөледі, n = kq үшін қандай да бір бүтін k бар делік. Егер n құрама сан болса, (n − 1)! ≡ −1 (mod n) деп есептесек, қарама-қайшылыққа келеміз. Онда (n − 1)! сондай-ақ −1 (mod q) -ға сәйкес келеді, себебі n ≡ 0 (mod q) болғандықтан, (n − 1)! ≡ 1 (mod q) болады. Бірақ (n − 1)! ≡ 0 (mod q), өйткені q саны (n − 1)! көбейтіндісінде бар, яғни (n − 1)! саны q-ға еселі. Осылайша, қарама-қайшылыққа жеттік. Шындығында, одан да көп нәрсе рас. 4 санынан басқа барлық жағдайларда, онда 3! = 6 ≡ 2 (mod 4), егер n құрама сан болса, онда (n − 1)! ≡ 0 (mod n). Дәлелді екі жағдайға бөлуге болады: Біріншісі, егер n екі тең емес санның көбейтіндісі түрінде жазыла алатын болса, яғни n = ab, мұнда 2 ≤ a < b ≤ n − 2, онда a және b екеуі де 1 × 2 × … × (n − 1) = (n − 1)! көбейтіндісінде кездеседі, сондықтан (n − 1)! саны n-ге бөлінеді. Егер n мұндай көбейтіндіге ие болмаса, онда ол қандай да бір жай санның квадраты болуы керек, яғни q > 2. Бірақ онда 2q < q² = n, сондықтан q және 2q екеуі де (n − 1)! көбейтіндісінің көбейткіштері болады, демек n саны (n − 1)!-ға бөлінеді.

Бастылық сынақтары

Іс жүзінде Уилсон теоремасы жай сан екенін анықтау үшін қолдануға келмейді, себебі үлкен n үшін (n − 1)! модулі n есептеу өте қиын, ал одан әлдеқайда жылдам жай сан екенін анықтау тәсілдері белгілі (ішінде қарапайым бөлу әдісі де тиімдірек). Керісінше, үлкен факториалдардың келесі сандарының жай сан екенін анықтау үшін қолданғанда, бұл өте жылдам және тиімді әдіс. Дегенмен, мұның пайдасы шектеулі.

Бастапқы сандар формуласы

Вильсон теоремасы жай сандарға арналған формулаларды құру үшін пайдаланылған, бірақ олардың практикалық қолданысы үшін тым жай.

p-адтық гамма функциясы

Уилсон теоремасы p-адық гамма функциясын анықтауға мүмкіндік береді.