Teorema Euler

Dalam teori bilangan, teorema Euler (juga dikenal sebagai teorema Fermat–Euler atau teorema total Euler) menyatakan bahwa jika n dan a adalah bilangan bulat positif yang saling koprima, maka a pangkat fungsi phi Euler dari n akan kongruen dengan satu dalam modulo n. Secara matematis hal ini dapat dinyatakan sebagai

${\displaystyle a^{\varphi (n)}\equiv 1{\pmod {n}}}$

dengan ${\displaystyle \varphi (n)}$ adalah fungsi phi Euler. Pada tahun 1736, Leonhard Euler mempublikasikan bukti teorema kecil Fermat versinya,^[1] karena Fermat tidak menyertakan bukti teorema tersebut. Selanjutnya, Euler menerbitkan bukti lain dari teorema tersebut, yang berpuncak pada "Teorema Euler" dalam penelitiannya tahun 1763, di mana ia mencoba untuk menemukan eksponen terkecil sehinga teorema kecil Fermat selalu bernilai benar.^[2]

Kebalikan dari teorema Euler: jika kekongruenan di atas benar, maka ${\displaystyle a}$ dan ${\displaystyle n}$ saling koprima.

Untuk kasus ${\displaystyle n}$ adalah suatu bilangan prima ${\displaystyle p}$, teorema Euler adalah perumuman dari teorema kecil Fermat. Pada kasus ini, nilai ${\displaystyle \varphi (p)=p-1}$, dan dengan mengalikan kedua ruas persamaan dengan ${\displaystyle a}$, teorema Euler dapat ditulis sebagai

${\displaystyle a^{p}\equiv p{\pmod {p}}}$

Teorema Euler juga dapat diperumum lebih lanjut dengan teorema Carmichael.

Teorema Euler dapat digunakan untuk mengurangi nilai pangkat yang besar pada modulo ${\displaystyle n}$. Misalnya, anggap kita perlu untuk mencari digit desimal tempat satuan dari ${\displaystyle 7^{222}}$, dengan kata lain, mencari nilai dari ${\displaystyle 7^{222}{\pmod {10}}}$. Kita dapat mencari bahwa nilai ${\displaystyle \varphi (10)=4}$, dan mengetahui angka 7 dan 10 saling koprima. Selanjutnya, dengan menggunakan teorema Euler didapatkan ${\displaystyle 7^{4}\equiv 1{\pmod {10}}}$. Selanjutnya kita tinggal menyederhanakan bentuk ${\displaystyle 7^{222}{\pmod {10}}}$ seperti berikut

${\displaystyle 7^{222}\equiv 7^{4\times 55+2}\equiv (7^{4})^{55}\times 7^{2}\equiv 1^{55}\times 7^{2}\equiv 49\equiv 9{\pmod {10}}}$.

Secara umum, mengurangi nilai pangkat dari ${\displaystyle a}$ pada modulo ${\displaystyle n}$ (dengan ${\displaystyle a}$ dan ${\displaystyle n}$ saling koprima), kita cukup bekerja pada modulo ${\displaystyle \varphi (n)}$ dalam perpangkatan ${\displaystyle a}$:

jika ${\displaystyle x\equiv y{\pmod {\varphi (n)}}}$, maka ${\displaystyle a^{x}\equiv a^{y}{\pmod {n}}}$.

Teorema Euler menjadi dasar algoritma RSA, yang banyak digunakan dalam sistem komunikasi di Internet. Dalam algoritma ini, teorema Euler digunakan bersama sebuah bilangan n yang merupakan hasil kali dari dua bilangan prima besar. Tingkat keamanan algoritma tersebut didasarkan pada tingkat kesulitan untuk memfaktorkan bilangan n.

Bukti

Terdapat beberapa cara untuk membuktikan Teorema Euler, berikut dua diantaranya.

Teori grup

Teorema Euler dapat dibuktikan dengan menggunakan konsep dari teori grup:^[3] Kelas residu modulo n yang coprime untuk n membentuk kelompok dalam perkalian (lihat artikel Grup perkalian bilangan bulat modulo n). urutan dari grup adalah φ(n). Teorema Lagrange urutan subgrup dari sebuah grup hingga membagi urutan seluruh grup, dalam hal ini φ(n). Jika a bilangan koprima sampai n maka a salah satu kelas residu, dan pangkat a, a², ... , a^k modulo n subgrup dari grup kelas residu, dengan a^k ≡ 1 (mod n). Teorema Lagrange mengatakan k harus membagi φ(n), yaitu bilangan bulat M sedemikian rupa sehingga kM = φ(n). Ini kemudian menyiratkan,

${\displaystyle a^{\varphi (n)}=a^{kM}=(a^{k})^{M}\equiv 1^{M}=1\equiv 1{\pmod {n}}.}$

Bukti langsung

Teorema Euler juga dapat dibuktikan secara langsung:^[4][5] Anggap R = (x₁, x₂, ... , x_φ(n)} sebagai sistem residu yang dikurangi (mod n) dan biarkan a koprima bilangan bulat n. Buktinya bergantung dasar bahwa perkalian dengan a yaitu x_i: dengan kata, jika ax_j ≡ ax_k (mod n) maka j = k. (Hukum pembatalxan ini dibuktikan dalam artikel Grup perkalian bilangan bulat modulo n.^[6]) Yaitu, himpunan R dan aR = (ax₁, ax₂, ... , ax_φ(n)}, dianggap sebagai himpunan kelas (mod n), identik (sebagai himpunan), jadi produk dari semua bilangan di R kongruen (mod n) ke produk dari bilangan aR:

${\displaystyle \prod _{i=1}^{\varphi (n)}x_{i}\equiv \prod _{i=1}^{\varphi (n)}ax_{i}=a^{\varphi (n)}\prod _{i=1}^{\varphi (n)}x_{i}{\pmod {n}},}$ dan menggunakan hukum pembatalan untuk x_i dari teorema Euler:

${\displaystyle a^{\varphi (n)}\equiv 1{\pmod {n}}.}$

Hasil bagi Euler

Hasil bagi Euler dari bilangan bulat a dengan n didefinisikan sebagai:

${\displaystyle q_{n}(a)={\frac {a^{\varphi (n)}-1}{n}}}$

Hasil bagi Fermat adalah kasus khusus dari hasil bagi Euler ketika n berupa bilangan prima.

Bilangan ganjil n yang membagi ${\displaystyle q_{n}(2)}$ disebut bilangan Wieferich. Hal tersebut setara dengan mengatakan ${\displaystyle 2^{\varphi (n)}\equiv 1\ \ ({\text{mod}}\,n^{2})}$. Sebagai perumuman, sebuah bilangan n yang koprima dengan bilangan bulat positif a, dan n membagi ${\displaystyle q_{n}(a)}$, disebut bilangan Wieferich (yang diperumum) pada basis a. Dengan kata lain, bilangan tersebut memenuhi ${\displaystyle a^{\varphi (n)}\equiv 1\ \ ({\text{mod}}\,n^{2})}$.

Berikut adalah daftar bilangan Wieferich pada basis ${\displaystyle a}$, untuk ${\displaystyle a=1\dots 30}$, yang dicari sampai 1048576.

${\displaystyle a}$	Bilangan Wieferich pada basis ${\displaystyle a}$	Barisan OEIS
1	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, ... (all natural numbers)	A000027
2	1, 1093, 3279, 3511, 7651, 10533, 14209, 17555, 22953, 31599, 42627, 45643, 52665, 68859, 94797, 99463, 127881, 136929, 157995, 228215, 298389, 410787, 473985, 684645, 895167, 1232361, 2053935, 2685501, 3697083, 3837523, 6161805, 11512569, ...	A077816
3	1, 11, 22, 44, 55, 110, 220, 440, 880, 1006003, 2012006, 4024012, 11066033, 22132066, 44264132, 55330165, 88528264, 110660330, 221320660, 442641320, 885282640, 1770565280, 56224501667, 112449003334, ...	A242958
4	1, 1093, 3279, 3511, 7651, 10533, 14209, 17555, 22953, 31599, 42627, 45643, 52665, 68859, 94797, 99463, 127881, 136929, 157995, 228215, 298389, 410787, 473985, 684645, 895167, ...
5	1, 2, 20771, 40487, 41542, 80974, 83084, 161948, 643901, 1255097, 1287802, 1391657, 1931703, 2510194, 2575604, 2783314, 3765291, 3863406, 4174971, 5020388, 5151208, 5566628, 7530582, 7726812, 8349942, 10040776, 11133256, 15061164, 15308227, 15453624, 16699884, ...	A242959
6	1, 66161, 330805, 534851, 2674255, 3152573, 10162169, 13371275, 50810845, 54715147, 129255493, 148170931, 254054225, 273575735, 301121113, 383006029, 646277465, ...	A241978
7	1, 4, 5, 10, 20, 40, 80, 491531, 983062, 1966124, 2457655, 3932248, 4915310, 6389903, 9339089, 9830620, 12288275, 12779806, 18678178, 19169709, 19661240, 24576550, 25559612, ...	A242960
8	1, 3, 1093, 3279, 3511, 7651, 9837, 10533, 14209, 17555, 22953, 31599, 42627, 45643, 52665, 68859, 94797, 99463, 127881, 136929, 157995, 206577, 228215, 284391, 298389, 383643, 410787, 473985, 684645, 895167, ...
9	1, 2, 4, 11, 22, 44, 55, 88, 110, 220, 440, 880, 1760, 1006003, ...
10	1, 3, 487, 1461, 4383, 13149, 39447, 118341, 355023, 56598313, 169794939, 509384817, ...	A241977
11	1, 71, 142, 284, 355, 497, 710, 994, 1420, 1491, 1988, 2485, 2840, 2982, 3976, 4970, 5680, 5964, 7455, 9940, 11928, 14910, 19880, 23856, 29820, 39760, 59640, 79520, 119280, 238560, 477120, ...	A253016
12	1, 2693, 123653, 1812389, 2349407, 12686723, 201183431, 332997529, ...	A245529
13	1, 2, 863, 1726, 3452, 371953, 743906, 1487812, 1747591, 1859765, 2975624, 3495182, 3719530, 5242773, 6990364, 7439060, 8737955, 10485546, 14878120, 15993979, 17475910, 20971092, 26213865, 29756240, 31987958, 34951820, 41942184, 47981937, 52427730, 59512480, ...	A257660
14	1, 29, 353, 3883, 10237, 19415, 112607, 563035, ...
15	1, 4, 8, 29131, 58262, 116524, 233048, 466096, ...
16	1, 1093, 3279, 3511, 7651, 10533, 14209, 17555, 22953, 31599, 42627, 45643, 52665, 68859, 94797, 99463, 127881, 136929, 157995, 228215, 298389, 410787, 473985, 684645, 895167, ...
17	1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24, 48, 46021, 48947, 92042, 97894, 138063, 146841, 184084, 195788, 230105, 276126, 293682, 368168, 391576, 414189, 460210, 552252, 587364, 598273, 690315, 736336, 783152, 828378, 920420, ...
18	1, 5, 7, 35, 37, 49, 185, 245, 259, 331, 1295, 1655, 1813, 2317, 3641, 8275, 9065, 11585, 12247, 16219, 18205, 25487, 33923, 57925, 61235, 81095, 85729, 91025, 127435, 134717, 169615, 178409, 237461, 306175, 405475, 428645, 455125, 600103, 637175, 673585, 892045, 943019, ...
19	1, 3, 6, 7, 12, 13, 14, 21, 26, 28, 39, 42, 43, 49, 52, 63, 78, 84, 86, 91, 98, 104, 117, 126, 129, 137, 147, 156, 168, 172, 182, 196, 234, 252, 258, 273, 274, 294, 301, 312, 364, 387, 411, 441, 468, 504, 516, 546, 548, 559, 588, 602, 624, 637, 728, 774, 819, 822, 882, 903, 936, 959, 1032, 1092, 1096, 1118, 1176, 1204, 1274, 1456, 1548, 1638, 1644, 1677, 1764, 1781, 1806, 1872, 1911, 1918, 2107, 2184, 2192, 2236, 2329, 2408, 2457, 2548, 2709, 2877, 3096, 3276, 3288, 3354, 3528, 3562, 3612, 3822, 3836, 3913, 4214, 4368, 4472, 4658, 4914, 5031, 5096, 5343, 5418, 5733, 5754, 5891, 6321, 6552, 6576, 6708, 6713, 6987, 7124, 7224, 7644, 7672, 7826, 8127, 8428, 8631, 8736, 8944, 9316, 9828, 10062, 10192, 10686, 10836, 11466, 11508, 11739, 11782, 12467, 12642, 13104, 13152, 13416, 13426, 13974, 14248, 14448, 14749, 15093, 15288, 15344, 15652, 16029, 16254, 16303, 16856, 17199, 17262, 17673, 18632, 18963, 19656, 20124, 20139, 21372, 21672, 22932, 23016, 23478, 23564, 24934, 25284, 26208, 26832, 26852, 27391, 27948, 28496, 29498, 30186, 30277, 30576, 30688, 31304, 32058, 32508, 32606, 34398, 34524, 35217, 35346, 37264, 37401, 37926, 39312, 40248, 40278, 41237, 42744, 43344, 44247, 45864, 46032, 46956, 47128, 48909, 49868, 50568, 53019, 53664, 53704, 54782, 55896, 56889, 56992, 58996, 60372, 60417, 60554, 61152, 62608, 64116, 65016, 65212, 68796, 69048, 70434, 70692, 74528, 74802, 75852, 76583, 78624, 80496, 80556, 82173, 82474, 85488, 87269, 88494, 90831, 91728, 92064, 93912, 94256, 97818, 99736, 100147, 101136, 105651, 106038, 107408, 109564, 111792, 112203, 113778, 113984, 114121, 117992, 120744, 120834, 121108, 123711, 125216, 128232, 130032, 130424, 132741, 137592, 138096, 140868, 141384, 146727, 149056, 149604, 151704, 153166, 160992, 161112, 164346, 164948, 170976, 174538, 176988, 181662, 183456, 184128, 187824, 188512, 191737, 195636, 199472, 200294, 211302, 211939, 212076, 214816, 219128, 223584, 224406, 227556, 228242, 229749, 241488, 241668, 242216, 246519, 247422, 256464, 260848, 261807, 265482, 272493, 275184, 276192, 281736, 282768, 288659, 293454, 298112, 299208, 300441, 303408, 306332, 316953, 322224, 328692, 329896, 336609, 341952, 342363, 349076, 353976, 363324, 371133, 375648, 383474, 391272, 398223, 398944, 400588, 422604, 423878, 424152, 438256, 447168, 448812, 455112, 456484, 459498, 482976, 483336, 484432, 493038, 494844, 512928, 521696, 523614, 530964, 536081, 544986, 550368, 552384, 563472, 565536, 575211, 577318, 586908, 596224, 598416, 600882, 612664, 633906, 635817, 644448, 657384, 659792, 673218, 683904, 684726, 689247, 698152, 701029, 707952, 726648, 739557, 742266, 751296, 766948, 782544, 785421, 796446, 797888, 801176, 845208, 847756, 848304, 865977, 876512, 894336, 897624, 901323, 910224, 912968, 918996, 966672, 968864, 986076, 989688, 1025856, 1027089, 1043392, 1047228, ...
20	1, 281, 1967, 5901, 46457, ...
21	1, 2, ...
22	1, 13, 39, 673, 2019, 4711, 8749, 14133, 26247, 42399, 61243, 78741, 183729, 551187, ...
23	1, 4, 13, 26, 39, 52, 78, 104, 156, 208, 312, 624, 1248, ...
24	1, 5, 25633, 128165, ...
25	1, 2, 4, 20771, 40487, 41542, 80974, 83084, 161948, 166168, 323896, 643901, ...
26	1, 3, 5, 9, 15, 45, 71, 213, 355, 497, 639, 1065, 1491, 1775, 2485, 3195, 4473, 5325, 7455, 12425, 13419, 15975, 22365, 37275, 67095, 111825, 335475, ...
27	1, 11, 22, 44, 55, 110, 220, 440, 880, 1006003, ...
28	1, 3, 9, 19, 23, 57, 69, 171, 207, 253, 437, 513, 759, 1265, 1311, 1539, 2277, 3795, 3933, 4807, 11385, 11799, 14421, 24035, 35397, 43263, 72105, 129789, 216315, 389367, 648945, ...
29	1, 2, ...
30	1, 7, 160541, ...

Basis terkecil dari ${\displaystyle a>1}$ sehingga ${\displaystyle n}$ merupakan bilangan Wieferich termuat dalam barisan

2, 5, 8, 7, 7, 17, 18, 15, 26, 7, 3, 17, 19, 19, 26, 31, 38, 53, 28, 7, 19, 3, 28, 17, 57, 19, 80, 19, 14, 107, 115, 63, 118, 65, 18, 53, 18, 69, 19, 7, 51, 19, 19, 3, 26, 63, 53, 17, 18, 57, ... (barisan A250206 pada OEIS)

Lihat pula

• Fungsi Carmichael
• Kriteria Euler
• Teorema kecil Fermat
• Teorema Wilson

Catatan

Referensi

Disquisitiones Arithmeticae telah diterjemahkan dari bahasa Latin Ciceronian Gauss ke dalam bahasa Inggris dan Jerman. Edisi Jerman mencakup semua makalahnya tentang teori bilangan: semua bukti tentang reciprocity kuadrat, penentuan tanda dari jumlah Gauss, penyelidikan tentang biquadratic reciprocity, dan catatan yang tidak diterbitkan.

Pranala luar

• Weisstein, Eric W. "Euler's Totient Theorem". MathWorld. 
• Euler-Fermat Theorem at PlanetMath