m進数(m>1の整数)において、
n^x≡n (mod m)
0≦n<mのすべての整数nを満たす、
1<x≦mの範囲で最小の整数xを見つける。
但し、xが見つからなければ、x=1とする。
とりあえず、m=100までです。
さて、皆さんはどのような分類をしましたでしょうか。
私がした分類を示します。
ケース1: x=1
ケース2: x>1かつ、mが素数
ケース3: x>1かつ、mが合成数かつ、xがmの約数
ケース4: x>1かつ、mが合成数かつ、xとmが互いに素
ケース1
m | x |
4 | 1 |
8 | 1 |
9 | 1 |
12 | 1 |
16 | 1 |
18 | 1 |
20 | 1 |
24 | 1 |
25 | 1 |
27 | 1 |
28 | 1 |
32 | 1 |
36 | 1 |
40 | 1 |
44 | 1 |
45 | 1 |
48 | 1 |
49 | 1 |
50 | 1 |
52 | 1 |
54 | 1 |
56 | 1 |
60 | 1 |
63 | 1 |
64 | 1 |
68 | 1 |
72 | 1 |
75 | 1 |
76 | 1 |
80 | 1 |
81 | 1 |
84 | 1 |
88 | 1 |
90 | 1 |
92 | 1 |
96 | 1 |
98 | 1 |
99 | 1 |
100 | 1 |
104 | 1 |
108 | 1 |
112 | 1 |
116 | 1 |
117 | 1 |
120 | 1 |
121 | 1 |
124 | 1 |
125 | 1 |
126 | 1 |
128 | 1 |
132 | 1 |
135 | 1 |
136 | 1 |
140 | 1 |
144 | 1 |
147 | 1 |
148 | 1 |
150 | 1 |
152 | 1 |
153 | 1 |
156 | 1 |
160 | 1 |
162 | 1 |
164 | 1 |
168 | 1 |
169 | 1 |
171 | 1 |
172 | 1 |
175 | 1 |
176 | 1 |
180 | 1 |
184 | 1 |
188 | 1 |
189 | 1 |
192 | 1 |
196 | 1 |
198 | 1 |
200 | 1 |
204 | 1 |
207 | 1 |
208 | 1 |
212 | 1 |
216 | 1 |
220 | 1 |
224 | 1 |
225 | 1 |
228 | 1 |
232 | 1 |
234 | 1 |
236 | 1 |
240 | 1 |
242 | 1 |
243 | 1 |
244 | 1 |
245 | 1 |
248 | 1 |
250 | 1 |
252 | 1 |
256 | 1 |
260 | 1 |
261 | 1 |
264 | 1 |
268 | 1 |
270 | 1 |
272 | 1 |
275 | 1 |
276 | 1 |
279 | 1 |
280 | 1 |
284 | 1 |
288 | 1 |
289 | 1 |
292 | 1 |
294 | 1 |
296 | 1 |
297 | 1 |
300 | 1 |
304 | 1 |
306 | 1 |
308 | 1 |
312 | 1 |
315 | 1 |
316 | 1 |
320 | 1 |
324 | 1 |
325 | 1 |
328 | 1 |
332 | 1 |
333 | 1 |
336 | 1 |
338 | 1 |
340 | 1 |
342 | 1 |
343 | 1 |
344 | 1 |
348 | 1 |
350 | 1 |
351 | 1 |
352 | 1 |
356 | 1 |
360 | 1 |
361 | 1 |
363 | 1 |
364 | 1 |
368 | 1 |
369 | 1 |
372 | 1 |
375 | 1 |
376 | 1 |
378 | 1 |
380 | 1 |
384 | 1 |
387 | 1 |
388 | 1 |
392 | 1 |
396 | 1 |
400 | 1 |
404 | 1 |
405 | 1 |
408 | 1 |
412 | 1 |
414 | 1 |
416 | 1 |
420 | 1 |
423 | 1 |
424 | 1 |
425 | 1 |
428 | 1 |
432 | 1 |
436 | 1 |
440 | 1 |
441 | 1 |
444 | 1 |
448 | 1 |
450 | 1 |
452 | 1 |
456 | 1 |
459 | 1 |
460 | 1 |
464 | 1 |
468 | 1 |
472 | 1 |
475 | 1 |
476 | 1 |
477 | 1 |
480 | 1 |
484 | 1 |
486 | 1 |
488 | 1 |
490 | 1 |
492 | 1 |
495 | 1 |
496 | 1 |
500 | 1 |
504 | 1 |
507 | 1 |
508 | 1 |
512 | 1 |
513 | 1 |
516 | 1 |
520 | 1 |
522 | 1 |
524 | 1 |
525 | 1 |
528 | 1 |
529 | 1 |
531 | 1 |
532 | 1 |
536 | 1 |
539 | 1 |
540 | 1 |
544 | 1 |
548 | 1 |
549 | 1 |
550 | 1 |
552 | 1 |
556 | 1 |
558 | 1 |
560 | 1 |
564 | 1 |
567 | 1 |
568 | 1 |
572 | 1 |
575 | 1 |
576 | 1 |
578 | 1 |
580 | 1 |
584 | 1 |
585 | 1 |
588 | 1 |
592 | 1 |
594 | 1 |
596 | 1 |
600 | 1 |
603 | 1 |
604 | 1 |
605 | 1 |
608 | 1 |
612 | 1 |
616 | 1 |
620 | 1 |
621 | 1 |
624 | 1 |
625 | 1 |
628 | 1 |
630 | 1 |
632 | 1 |
636 | 1 |
637 | 1 |
639 | 1 |
640 | 1 |
644 | 1 |
648 | 1 |
650 | 1 |
652 | 1 |
656 | 1 |
657 | 1 |
660 | 1 |
664 | 1 |
666 | 1 |
668 | 1 |
672 | 1 |
675 | 1 |
676 | 1 |
680 | 1 |
684 | 1 |
686 | 1 |
688 | 1 |
692 | 1 |
693 | 1 |
696 | 1 |
700 | 1 |
702 | 1 |
704 | 1 |
708 | 1 |
711 | 1 |
712 | 1 |
716 | 1 |
720 | 1 |
722 | 1 |
724 | 1 |
725 | 1 |
726 | 1 |
728 | 1 |
729 | 1 |
732 | 1 |
735 | 1 |
736 | 1 |
738 | 1 |
740 | 1 |
744 | 1 |
747 | 1 |
748 | 1 |
750 | 1 |
752 | 1 |
756 | 1 |
760 | 1 |
764 | 1 |
765 | 1 |
768 | 1 |
772 | 1 |
774 | 1 |
775 | 1 |
776 | 1 |
780 | 1 |
783 | 1 |
784 | 1 |
788 | 1 |
792 | 1 |
796 | 1 |
800 | 1 |
801 | 1 |
804 | 1 |
808 | 1 |
810 | 1 |
812 | 1 |
816 | 1 |
819 | 1 |
820 | 1 |
824 | 1 |
825 | 1 |
828 | 1 |
832 | 1 |
833 | 1 |
836 | 1 |
837 | 1 |
840 | 1 |
841 | 1 |
844 | 1 |
845 | 1 |
846 | 1 |
847 | 1 |
848 | 1 |
850 | 1 |
852 | 1 |
855 | 1 |
856 | 1 |
860 | 1 |
864 | 1 |
867 | 1 |
868 | 1 |
872 | 1 |
873 | 1 |
875 | 1 |
876 | 1 |
880 | 1 |
882 | 1 |
884 | 1 |
888 | 1 |
891 | 1 |
892 | 1 |
896 | 1 |
900 | 1 |
904 | 1 |
908 | 1 |
909 | 1 |
912 | 1 |
916 | 1 |
918 | 1 |
920 | 1 |
924 | 1 |
925 | 1 |
927 | 1 |
928 | 1 |
931 | 1 |
932 | 1 |
936 | 1 |
940 | 1 |
944 | 1 |
945 | 1 |
948 | 1 |
950 | 1 |
952 | 1 |
954 | 1 |
956 | 1 |
960 | 1 |
961 | 1 |
963 | 1 |
964 | 1 |
968 | 1 |
972 | 1 |
975 | 1 |
976 | 1 |
980 | 1 |
981 | 1 |
984 | 1 |
988 | 1 |
990 | 1 |
992 | 1 |
996 | 1 |
999 | 1 |
1000 | 1 |
ケース2
m | x |
2 | 2 |
3 | 3 |
5 | 5 |
7 | 7 |
11 | 11 |
13 | 13 |
17 | 17 |
19 | 19 |
23 | 23 |
29 | 29 |
31 | 31 |
37 | 37 |
41 | 41 |
43 | 43 |
47 | 47 |
53 | 53 |
59 | 59 |
61 | 61 |
67 | 67 |
71 | 71 |
73 | 73 |
79 | 79 |
83 | 83 |
89 | 89 |
97 | 97 |
101 | 101 |
103 | 103 |
107 | 107 |
109 | 109 |
113 | 113 |
127 | 127 |
131 | 131 |
137 | 137 |
139 | 139 |
149 | 149 |
151 | 151 |
157 | 157 |
163 | 163 |
167 | 167 |
173 | 173 |
179 | 179 |
181 | 181 |
191 | 191 |
193 | 193 |
197 | 197 |
199 | 199 |
211 | 211 |
223 | 223 |
227 | 227 |
229 | 229 |
233 | 233 |
239 | 239 |
241 | 241 |
251 | 251 |
257 | 257 |
263 | 263 |
269 | 269 |
271 | 271 |
277 | 277 |
281 | 281 |
283 | 283 |
293 | 293 |
307 | 307 |
311 | 311 |
313 | 313 |
317 | 317 |
331 | 331 |
337 | 337 |
347 | 347 |
349 | 349 |
353 | 353 |
359 | 359 |
367 | 367 |
373 | 373 |
379 | 379 |
383 | 383 |
389 | 389 |
397 | 397 |
401 | 401 |
409 | 409 |
419 | 419 |
421 | 421 |
431 | 431 |
433 | 433 |
439 | 439 |
443 | 443 |
449 | 449 |
457 | 457 |
461 | 461 |
463 | 463 |
467 | 467 |
479 | 479 |
487 | 487 |
491 | 491 |
499 | 499 |
503 | 503 |
509 | 509 |
521 | 521 |
523 | 523 |
541 | 541 |
547 | 547 |
557 | 557 |
563 | 563 |
569 | 569 |
571 | 571 |
577 | 577 |
587 | 587 |
593 | 593 |
599 | 599 |
601 | 601 |
607 | 607 |
613 | 613 |
617 | 617 |
619 | 619 |
631 | 631 |
641 | 641 |
643 | 643 |
647 | 647 |
653 | 653 |
659 | 659 |
661 | 661 |
673 | 673 |
677 | 677 |
683 | 683 |
691 | 691 |
701 | 701 |
709 | 709 |
719 | 719 |
727 | 727 |
733 | 733 |
739 | 739 |
743 | 743 |
751 | 751 |
757 | 757 |
761 | 761 |
769 | 769 |
773 | 773 |
787 | 787 |
797 | 797 |
809 | 809 |
811 | 811 |
821 | 821 |
823 | 823 |
827 | 827 |
829 | 829 |
839 | 839 |
853 | 853 |
857 | 857 |
859 | 859 |
863 | 863 |
877 | 877 |
881 | 881 |
883 | 883 |
887 | 887 |
907 | 907 |
911 | 911 |
919 | 919 |
929 | 929 |
937 | 937 |
941 | 941 |
947 | 947 |
953 | 953 |
967 | 967 |
971 | 971 |
977 | 977 |
983 | 983 |
991 | 991 |
997 | 997 |
ケース3
m | x |
6 | 3 |
10 | 5 |
14 | 7 |
15 | 5 |
21 | 7 |
22 | 11 |
26 | 13 |
30 | 5 |
33 | 11 |
34 | 17 |
38 | 19 |
39 | 13 |
42 | 7 |
46 | 23 |
51 | 17 |
57 | 19 |
58 | 29 |
62 | 31 |
65 | 13 |
66 | 11 |
69 | 23 |
74 | 37 |
78 | 13 |
82 | 41 |
85 | 17 |
86 | 43 |
87 | 29 |
91 | 13 |
93 | 31 |
94 | 47 |
102 | 17 |
106 | 53 |
111 | 37 |
114 | 19 |
118 | 59 |
122 | 61 |
123 | 41 |
129 | 43 |
130 | 13 |
133 | 19 |
134 | 67 |
138 | 23 |
141 | 47 |
142 | 71 |
145 | 29 |
146 | 73 |
158 | 79 |
159 | 53 |
166 | 83 |
170 | 17 |
174 | 29 |
177 | 59 |
178 | 89 |
182 | 13 |
183 | 61 |
185 | 37 |
186 | 31 |
194 | 97 |
195 | 13 |
201 | 67 |
202 | 101 |
205 | 41 |
206 | 103 |
213 | 71 |
214 | 107 |
217 | 31 |
218 | 109 |
219 | 73 |
222 | 37 |
226 | 113 |
237 | 79 |
246 | 41 |
249 | 83 |
254 | 127 |
255 | 17 |
258 | 43 |
259 | 37 |
262 | 131 |
265 | 53 |
266 | 19 |
267 | 89 |
273 | 13 |
274 | 137 |
278 | 139 |
282 | 47 |
290 | 29 |
291 | 97 |
298 | 149 |
301 | 43 |
302 | 151 |
303 | 101 |
305 | 61 |
309 | 103 |
314 | 157 |
318 | 53 |
321 | 107 |
326 | 163 |
327 | 109 |
334 | 167 |
339 | 113 |
341 | 31 |
346 | 173 |
354 | 59 |
358 | 179 |
362 | 181 |
365 | 73 |
366 | 61 |
370 | 37 |
381 | 127 |
382 | 191 |
386 | 193 |
390 | 13 |
393 | 131 |
394 | 197 |
398 | 199 |
399 | 19 |
402 | 67 |
410 | 41 |
411 | 137 |
417 | 139 |
422 | 211 |
426 | 71 |
427 | 61 |
434 | 31 |
435 | 29 |
438 | 73 |
445 | 89 |
446 | 223 |
447 | 149 |
451 | 41 |
453 | 151 |
454 | 227 |
455 | 13 |
458 | 229 |
466 | 233 |
469 | 67 |
471 | 157 |
474 | 79 |
478 | 239 |
481 | 37 |
482 | 241 |
485 | 97 |
489 | 163 |
498 | 83 |
501 | 167 |
502 | 251 |
505 | 101 |
510 | 17 |
511 | 73 |
514 | 257 |
518 | 37 |
519 | 173 |
526 | 263 |
530 | 53 |
534 | 89 |
537 | 179 |
538 | 269 |
542 | 271 |
543 | 181 |
545 | 109 |
546 | 13 |
553 | 79 |
554 | 277 |
555 | 37 |
562 | 281 |
565 | 113 |
566 | 283 |
573 | 191 |
579 | 193 |
582 | 97 |
586 | 293 |
591 | 197 |
597 | 199 |
602 | 43 |
606 | 101 |
610 | 61 |
614 | 307 |
615 | 41 |
618 | 103 |
622 | 311 |
626 | 313 |
633 | 211 |
634 | 317 |
642 | 107 |
651 | 31 |
654 | 109 |
662 | 331 |
669 | 223 |
671 | 61 |
674 | 337 |
678 | 113 |
679 | 97 |
681 | 227 |
682 | 31 |
685 | 137 |
687 | 229 |
694 | 347 |
698 | 349 |
699 | 233 |
703 | 37 |
706 | 353 |
717 | 239 |
718 | 359 |
721 | 103 |
723 | 241 |
730 | 73 |
734 | 367 |
745 | 149 |
746 | 373 |
753 | 251 |
758 | 379 |
762 | 127 |
763 | 109 |
766 | 383 |
771 | 257 |
777 | 37 |
778 | 389 |
781 | 71 |
785 | 157 |
786 | 131 |
789 | 263 |
793 | 61 |
794 | 397 |
795 | 53 |
798 | 19 |
802 | 401 |
807 | 269 |
813 | 271 |
818 | 409 |
822 | 137 |
831 | 277 |
834 | 139 |
838 | 419 |
842 | 421 |
843 | 281 |
849 | 283 |
854 | 61 |
862 | 431 |
865 | 173 |
866 | 433 |
870 | 29 |
878 | 439 |
879 | 293 |
886 | 443 |
889 | 127 |
890 | 89 |
894 | 149 |
898 | 449 |
902 | 41 |
903 | 43 |
905 | 181 |
906 | 151 |
910 | 13 |
914 | 457 |
915 | 61 |
921 | 307 |
922 | 461 |
926 | 463 |
933 | 311 |
934 | 467 |
938 | 67 |
939 | 313 |
942 | 157 |
949 | 73 |
951 | 317 |
958 | 479 |
962 | 37 |
965 | 193 |
970 | 97 |
973 | 139 |
974 | 487 |
978 | 163 |
982 | 491 |
985 | 197 |
993 | 331 |
998 | 499 |
ケース4
m | x |
35 | 13 |
55 | 21 |
70 | 13 |
77 | 31 |
95 | 37 |
105 | 13 |
110 | 21 |
115 | 45 |
119 | 49 |
143 | 61 |
154 | 31 |
155 | 61 |
161 | 67 |
165 | 21 |
187 | 81 |
190 | 37 |
203 | 85 |
209 | 91 |
210 | 13 |
215 | 85 |
221 | 49 |
230 | 45 |
231 | 31 |
235 | 93 |
238 | 49 |
247 | 37 |
253 | 111 |
285 | 37 |
286 | 61 |
287 | 121 |
295 | 117 |
299 | 133 |
310 | 61 |
319 | 141 |
322 | 67 |
323 | 145 |
329 | 139 |
330 | 21 |
335 | 133 |
345 | 45 |
355 | 141 |
357 | 49 |
371 | 157 |
374 | 81 |
377 | 85 |
385 | 61 |
391 | 177 |
395 | 157 |
403 | 61 |
406 | 85 |
407 | 181 |
413 | 175 |
415 | 165 |
418 | 91 |
429 | 61 |
430 | 85 |
437 | 199 |
442 | 49 |
462 | 31 |
465 | 61 |
470 | 93 |
473 | 211 |
483 | 67 |
493 | 113 |
494 | 37 |
497 | 211 |
506 | 111 |
515 | 205 |
517 | 231 |
527 | 241 |
533 | 121 |
535 | 213 |
551 | 253 |
559 | 85 |
561 | 81 |
570 | 37 |
574 | 121 |
581 | 247 |
583 | 261 |
589 | 91 |
590 | 117 |
595 | 49 |
598 | 133 |
609 | 85 |
611 | 277 |
623 | 265 |
627 | 91 |
629 | 145 |
635 | 253 |
638 | 141 |
645 | 85 |
646 | 145 |
649 | 291 |
655 | 261 |
658 | 139 |
663 | 49 |
665 | 37 |
667 | 309 |
670 | 133 |
689 | 157 |
690 | 45 |
695 | 277 |
697 | 81 |
705 | 93 |
707 | 301 |
710 | 141 |
713 | 331 |
714 | 49 |
715 | 61 |
731 | 337 |
737 | 331 |
741 | 37 |
742 | 157 |
749 | 319 |
754 | 85 |
755 | 301 |
759 | 111 |
767 | 349 |
770 | 61 |
779 | 361 |
782 | 177 |
790 | 157 |
791 | 337 |
799 | 369 |
803 | 361 |
805 | 133 |
806 | 61 |
814 | 181 |
815 | 325 |
817 | 127 |
826 | 175 |
830 | 165 |
835 | 333 |
851 | 397 |
858 | 61 |
861 | 121 |
869 | 391 |
871 | 133 |
874 | 199 |
885 | 117 |
893 | 415 |
895 | 357 |
897 | 133 |
899 | 421 |
901 | 209 |
913 | 411 |
917 | 391 |
923 | 421 |
930 | 61 |
935 | 81 |
943 | 441 |
946 | 211 |
955 | 381 |
957 | 141 |
959 | 409 |
966 | 67 |
969 | 145 |
979 | 441 |
986 | 113 |
987 | 139 |
989 | 463 |
994 | 211 |
995 | 397 |
m=1000までやってみました。
データを分類してみましたが、これはあくまでも既存のデータを分割したに過ぎません。
それぞれのケースについて考察していきましょう。
【ケース1】
x=1、つまり1<x≦mの範囲に解が無かったケースです。
どのようなmが、解xを持たなかったのだろうか。
どうやら、mを素因数分解した際に、素因数の指数が2以上のものが1つでもあると、解xは存在しない。と推測される。
【ケース2】
x>1、つまり1<x≦mの範囲に解があったケースのうちの一つです。
mが素数の場合、x=mとなるようです。
【ケース3】
x>1、つまり1<x≦mの範囲に解があったケースのうちの一つです。
mは合成数だが、素因数分解した際に、素因数の指数が全て1であり、xは最大の素因数となるようです。
【ケース4】
x>1、つまり1<x≦mの範囲に解があったケースのうちの一つです。
mは合成数だが、素因数分解した際に、素因数の指数が全て1であり、xとmは互いに素である。
ケース1とケース2・3・4は、mを素因数分解すれば分類出来る。
ケース2とケース3・4は、mが素数か合成数かで分類出来る。
ケース3とケース4は、結果として分類しているが、mという情報だけで分類出来ていない。
この問題は、mが35になって初めて現れるケースなので、手計算で少しだけしかサンプルを計算しなかったとすると、見逃してしまうということになります。
m=35は、値的には小さいですが、手計算でやるにはかなり面倒ですね。
最大で34^35を計算する必要が出てくるので、OS付属の電卓程度では桁あふれしてしまいます。
もし、m=35がケース3だと考えると、
m=35、x=7
と正しくないnが沢山あります。
m=35、x=13
x=13のとき、正しい。
m=35、x=13は、互いに素ですね。
さて、それぞれのケースごとに何らかの証明が出来ればよいでしょう。
証明方法を思いついたら、また別記事で書きたいと思います。
ではでは