奇素数模下的斐波那契调和和
给定奇质数 ,设数列 满足
求证:
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先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
有限域里的 指模 逆元;有限对数只是本题定义的多项式,并未使用实对数。二次扩域可理解为补入特征方程的根,使幂运算及递推公式仍有意义。导数为0推出常数在这里依赖多项式次数小于 ,并非特征 下一般都成立。
想法从哪来:直接把递推代入带 的和,分母随下标变化,难以抵消。 先把分母看成模素数下的逆元,试将所有权重装进多项式 。它的导数去掉了分母,变成有限等比和,因而容易比较 与 ,得到对称性。 再看斐波那契递推的两个特征根,恰好相加为1。把幂差形式代入,目标和就成为两个相等的 值之差。这是先找权重的对称,再匹配递推根的关系;判别式为零的素数必须另算。
直接对斐波那契递推求带权和不易望远镜消去。改在模 的域中引入有限对数多项式 ;它满足对称性 ,而斐波那契特征方程的两根之和恰为 ,两者可以直接配合。
由于 ,每个 都整除 ,故题中所给的数是整数。下文所有同余均在模 意义下进行,并把 解释为 在 中的逆元。
定义
先证明
事实上,
利用 以及 ,可得
即 。 因此 是常数。又
其中最后一个等号由 与 配对得到,故(1)成立。
先设 。在 的某个二次扩域中,取方程
的两个不同根 。则 ,且 Binet 公式给出
由(1)以及 ,有
当 时,直接计算
所以(2)对所有奇质数均成立。最后乘以 ,便得到
特征方程的判别式为 ,因此只在 时两根重合,该例外已单独核算。有限对数对称式的常数项用奇素数下的调和配对确定,没有使用未定义的 。
模素数的 加权和常可编码为有限对数多项式。先从导数证明其函数方程,再把递推数列写成特征根幂之差;当特征根之间正好由该函数方程联系时,整段和会整体消去。判别式为零的特征素数必须另行检查。
须构造有限对数多项式并证明X与1-X对称,再联系递推特征根的和为1;p=5重根必须独立处理。
已记下,谢谢!