2つの整数について、
- をで割った余りとをで割った余りが等しい
ことを
\begin{equation}
x \equiv y \mod p
\end{equation}
で表します。これを「合同式」といいます。
合同式には、次の性質があります。
\begin{equation}
a \equiv c \mod p
\end{equation}の場合、以下の関係が成り立ちます。
\begin{equation}
a^k \equiv c^k \mod p
\end{equation}
本項では、合同式のべき乗(冪乗)について確認します。
\begin{eqnarray}
a &=& a'p +r \\
c &=& c'p +r
\end{eqnarray}なので、
\begin{eqnarray}
a^k &=& (a'p +r)^k \\
c^k &=& (c'p +r)^k
\end{eqnarray}です。
ここで右辺を展開すると、二項定理により以外の項は全てを因数に持ちます。
二項定理 - 数式で独楽する
つまり、
\begin{eqnarray}
a^k & \equiv & r^k \mod p \\
c^k & \equiv & r^k \mod p \\
\therefore \quad a^k & \equiv & c^k \mod p
\end{eqnarray}が成り立ちます。