Wilsonova veta

Wilsonova veta je veta v teórii čísel, ktorá hovorí, že prirodzené číslo n > 1 je prvočíslo práve vtedy, keď

$(n-1)!\ \equiv \ -1{\pmod {n}}.$

História

Veta bola prvý raz publikovaná v roku 1770 Edwardom Waringom a pripisuje sa jeho študentovi Johnovi Wilsonovi, ani jeden z nich však neuviedol jej dôkaz. Navyše Waring publikoval vetu len v tvare nutnej podmienky. Prvý raz bola veta dokázaná (už v tvare ekvivalencie) Josephom Louisom Lagrangom v roku 1773.

Príklad

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené hodnoty n 2-30, (n-1)!, A zvyšok po (n-1)! je rozdelený n. (Zvyšok po m delí n je napísaný m mod n). Farba pozadia je ružová na hlavných hodnotách n, svetlo zelené pre kompozitné hodnoty.

Tabuľka zvyškom modulo n

$n$	$(n-1)!$	$(n-1)!\ {\bmod {\ }}n$
2	1	1
3	2	2
4	6	2
5	24	4
6	120	0
7	720	6
8	5040	0
9	40320	0
10	362880	0
11	3628800	10
12	39916800	0
13	479001600	12
14	6227020800	0
15	87178291200	0
16	1307674368000	0
17	20922789888000	16
18	355687428096000	0
19	6402373705728000	18
20	121645100408832000	0
21	2432902008176640000	0
22	51090942171709440000	0
23	1124000727777607680000	22
24	25852016738884976640000	0
25	620448401733239439360000	0
26	15511210043330985984000000	0
27	403291461126605635584000000	0
28	10888869450418352160768000000	0
29	304888344611713860501504000000	28
30	8841761993739701954543616000000	0

Dôkaz

Ľahko je možné overiť, že tvrdenie platí pre n = 2 a n = 3. Predpokladajme teda, že n > 3. Ak je n zložené číslo, jeho celočíselné delitele patria do množiny $M=\{1,2,\ldots ,n-1\}$, a teda najväčší spoločný deliteľ čísel n a (n-1)! je väčší ako nula, a preto neplatí $(n-1)!\ \equiv \ -1{\pmod {n}}.$. Nech je teda n prvočíslo. Potom je každé číslo z množiny M nesúdeliteľné s n, z čoho vyplýva, že pre každé číslo a z M existuje číslo b z M tak, že

$ab\equiv 1\ ({\text{mod }}n).$

Navyše, b je určené jednoznačne a keďže je n prvočíslo, a = b práve vtedy, keď a = 1 alebo a = n-1. Navyše, tieto dvojice (okrem tých, kde a = 1 a a = n-1) je možné popárovať tak, že každé číslo sa nachádza len v jednej dvojici. Vynásobením týchto dvojíc dostávame kongruenciu

$2\cdot 3\cdot \ldots \cdot (n-2)\equiv 1\ ({\text{mod }}n),$

z čoho vynásobením $(n-1)$ vyplýva požadované tvrdenie.

Externé odkazy

• Wilsonova veta - Wolfram MathWorld (po anglicky).
• Dôkaz Wilsonovej vety Archivované 2011-11-18 na Wayback Machine - PlanetMath (po anglicky).