Inter veritates insigniores, ad quas theoria divisionis circuli aditum aperuit, locum haud ultimum sibi vindicat summatio in Disquiss. Arithmet. art. 356 proposita, non modo propter elegantiam suam peculiarem, miramque foecunditatem, quam fusius exponendi occasionem posthac dabit alia disquisitio, sed ideo quoque, quod eius demonstratio rigorosa atque completa difficultatibus haud vulgaribus premitur. Quae sane eo minus exspectari debuissent, quum non tam in ipsum theorema cadant, quam potius in aliquam theorematis limitationem, qua neglecta demonstratio statim in promtu est, facillimeque e theoria in opere isto explicata derivatur. Theorema illic exhibitum est in forma sequente. Supponendo
esse numerum primum, denotandoque indefinite omnia residua quadratica ipsius
inter limites 1 et
incl. sita per
, omniaque non-residua inter eosdem limites iacentia per
, denique per
arcum
, et per
integrum determinatum quemcunque per
non divisibilem, erit
I. pro valore ipsius
, qui est formae
,
II. pro valore ipsius
, qui est formae
,
Hae summationes l.c. omni rigore demonstratae sunt, neque alia difficultas hic remanet nisi in determinatione signi quantitati radicali praefigendi. Nullo quidem negotio ostendi potest, hoc signum eatenus a numero
pendere, quod semper pro cunctis valoribus ipsius
, qui sint residua quadratica ipsius
, signum idem valere debeat, et contra signum huic oppositum pro omnibus valoribus ipsius
, qui sint non-residua quadratica ipsius
. Hinc totum negotium in valore
versabitur, patetque, quam primum signum pro hoc valore valens innotuerit, pro omnibus quoque reliquis valoribus ipsius
signa statim in promtu fore. Verum enim vero in hac ipsa quaestione, quae primo aspectu inter faciliores referenda videtur, in difficultates improvisas incidimus, methodusque, qua ducente sine impedimentis hucusque progressi eramus, auxilium ulterius prorsus denegat.
Haud abs re erit, antequam ulterius progrediamur, quaedam exempla summationis nostrae per calculum numericum evolvisse: huic vero quasdam observationes generales praemittere conveniet.
I. Si in casu eo, ubi
est numerus primus formae
, omnia residua quadratica ipsius
inter 1 et
incl. iacentia indefinite per
exhibentur, omniaque non-residua inter eosdem limites per
, constat, omnes
inter ipsos
, omnesque
inter
comprehensos fore: quamobrem quum omnes
,
,
,
manifesto totum complexum numerorum
,
,
expleant, omnes
cum omnibus
iuncti omnes
complectentur, et perinde omnes
cum omnibus
iuncti omnes
comprehendent. Hinc erit
Iam quum habeatur
,
,
,
, patet sponte fieri
Summatio cosinuum vero hanc formam assumit
unde fieri debebit
II. In casu eo, ubi
est formae
, complementum cuiusvis residui
ad
erit non-residuum, complementumque cuiusvis
erit residuum; quocirca omnes
convenient cum omnibus
, omnesque
cum omnibus
. Hinc colligitur
quare quum omnes
et
iuncti omnes numeros
,
,
expleant, adeoque fiat
, summationes
sponte sunt obviae. Perinde erit
unde patet, quomodo summationum
altera ab altera pendeat.
Ecce iam computum numericum pro aliquot exemplis:
I. Pro
adest valor unus ipsius
, puta
, valorque unus ipsius
, puta
; est autem
adeoque
,
.
II. Pro
adsunt tres valores ipsius
, puta
,
,
, totidemque valores ipsius
, puta
,
,
, unde computamus
Hinc
,
.
III. Pro
habemus quatuor valores ipsius
, puta
,
,
,
, totidemque valores ipsius
, puta
,
,
,
. Hinc computantur cosinus
Hinc
.
IV. Pro
adest valor unicus ipsius
, puta
, cui respondet
Hinc
.
V. Pro
adsunt valores tres ipsius
, puta
,
,
: hinc habentur sinus
VI. Pro
valores ipsius
sunt
,
,
,
,
, quibus respondent sinus
VII. Pro
valores ipsius
sunt
,
,
,
,
,
,
,
,
, quibus respondent sinus
In omnibus hisce exemplis quantitas radicalis signum positivum obtinet, idemque facile pro valoribus maioribus
,
etc. confirmatur, unde fartis iam probabilitas oritur, hoc generaliter perinde se habere. Sed demonstratio huius phaenomeni e principiis l.c. expositis peti nequit, plenissimoque iure altioris indaginis aestimanda est. Propositum itaque huius commentationis eo tendit, ut demonstrationem rigorosam huius elegantissimi theorematis, per plures annos olim variis modis incassum tentatam, tandemque per considerationes singulares satisque subtiles feliciter perfectam in medium proferamus, simulque theorema ipsum salva seu potius aucta elegantia sua ad longe maiorem generalitatem evehamus. Coronidis denique loco nexum mirabilem arctissimum inter hanc summationem aliudque theorema arithmeticum gravissimum docebimus. Speramus, hasce disquisitiones non modo per se geometris gratas fore, sed methodos quoque, per quas haec omnia efficere licuit, quaeque in aliis quoque occasionibus utiles esse poterunt, ipsorum attentione dignas visum iri.
Petita est demonstratio nostra e consideratione generis singularis progressionum, quarum termini pendent ab expressionibus talibus
Brevitatis caussa talem fractionem per
denotabimus, et primo quasdam observationes generales circa huiusmodi functiones praemittemus.
I. Quoties
est integer positivus minor quam
, functio
manifesto evanescit, numeratore factorem
implicante. Pro
, factores in numeratore identici erunt ordine inverso cum factoribus in denominatore, unde erit
: denique pro casu eo, ubi
est integer positivus maior quam
, habentur formulae
sive generaliter
II. Porro facile confirmatur, haberi generaliter
quamobrem, quum perinde sit
quae series continuari poterit usque ad
siquidem
est integer positivus maior quam
, erit
Hinc patet, si pro aliquo valore determinato ipsius
quaevis functio
integra sit, existente
integro positivo, etiam quamvis functionem
integram evadere debere. Quare quum suppositio illa pro
locum habeat, eadem etiam pro
valebit, atque hinc etiam pro
etc., i.e. generaliter pro valore quocunque integro positivo ipsius
erit
functio integra, sive productum
divisibile per
Duas iam progressiones considerabimus, quae ambae ad scopum nostrum ducere possunt. Progressio prima haec est
sive
quam brevitatis caussa per
denotabimus. Primo statim obvium est, quoties
sit numerus integer positivus, hanc seriem post terminum suum
(qui fit
) abrumpi, adeoque in hoc casu summam fieri debere functionem finitam integram ipsius
. Porro per art. 5. II. patet, generaliter pro valore quocunque ipsius
haberi
adeoque
Sed manifesto fit
unde deducimus aequationem
Quum pro
fiat
, per formulam modo inventam erit
sive generaliter pro valore quocunque pari ipsius
Contra quum pro
fiat
, erit etiam
sive generaliter pro valore quocunque impari ipsius
Ceterum summatio posterior iam inde derivari potuisset, quod in progressione
terminus ultimus primum destruit, penultimus secundum etc.
Ad scopum quidem nostrum sufficit casus is, ubi
est integer positivus impar: sed propter rei singularitatem etiam de casibus iis, ubi
vel fractus vel negativus est, pauca adiecisse haud poenitebit. Manifesto tunc series nostra haud amplius abrumpetur, sed in infinitum excurret, facileque insuper perspicitur, divergentem eam fieri, quoties ipsi
valor minor quam 1 tribuatur, quapropter ipsius summatio ad valores ipsius
qui sint maiores quam 1 restringi debebit.
Per formulam [1] art. 6. habemus
ita ut valor functionis
etiam pro valore negativo integro pari ipsius
in terminis finitis assignabilis sit. Pro reliquis vero valoribus ipsius
functionem
in productum infinitum sequenti modo convertemus.
Crescente
in valorem negativum infinitum, functio
transit in
Haec itaque series aequalis est producto infinito
Porro quum generaliter sit
erit
quos factores tandem continuo magis ad unitatem convergere palam est.
Attentionem peculiarem meretur casus
, ubi fit
Haec itaque series aequatur producto infinito
sive scribendo
pro
, erit
Haec aequalitas inter duas expressiones abstrusiores, ad quas alia occasione reveniemus, valde sane est memorabilis.
Secundo loco considerabimus progressionem hancce
sive
quam per
denotabimus. Restringemus hanc disquisitionem ad casum eum, ubi
est integer positivus, ita ut haec quoque series semper abrumpatur cum termino
, qui est
. Quum sit
progressio ita quoque exhiberi poterit:
Hinc fit
Quare quum habeatur (art. 5. II)
provenit
Sed fit
: quamobrem erit
sive generaliter
Praemissis hisce disquisitionibus praeliminaribus iam propius ad propositum nostrum accedamus. Quum pro valore primo ipsius
quadrata
,
,
omnia inter se incongrua sint secundum modulum
, patet, illorum residua minima secundum hunc modulum cum numeris
identica esse debere, adeoque
Perinde quum eadem quadrata
ordine inverso congrua sint his
,
,
, etiam erit
Statuendo itaque
erit
Hinc patet, summationes, quales in art. 1. propositae sunt, pendere a summatione serierum
et
, quocirca, missis illis, disquisitionem nostram his adaptabimus, eaque generalitate absolvemus, ut non modo valores primos ipsius
, sed quoscunque compositos complectatur. Numerum
autem supponemus ad
primum esse: nullo enim negotio casus is, ubi
et
divisorem communem haberent, ad hunc reduci poterit.
Designemus quantitatem imaginariam
per
, statuamusque
unde erit
, sive
radix aequationis
. Facile perspicietur, omnes numeros
,
,
per
non divisibiles atque inter se secundum modulum
incongruos esse: hinc potestates ipsius
omnes erunt inaequales, singulae vero quoque aequationi
satisfacient. Hanc ob caussam hae potestates omnes radices aequationis
repraesentabunt.
Hae conclusiones non valerent, si
divisorem communem haberet cum
. Si enim
esset talis divisor communis, foret
per
divisibilis, adeoque potestas inferior quam
, puta
, unitati aequalis. In hoc itaque casu potestates ipsius
ad summum
radices aequationis
exhibebunt, et quidem revera tot radices diversas sistent, si
est divisor communis maximus numerorum
,
. In casu nostro, ubi
et
supponuntur inter se primi,
commode dici potest radix propria aequationis
: contra in casu altero, ubi
et
haberent divisorem communem (maximum)
,
vocaretur radix impropria illius aequationis, manifesto autem tunc eadem
foret radix propria aequationis
. Radix impropria simplicissima est unitas, in eoque casu, ubi
est numerus primus, impropriae aliae omnino non dabuntur.
Quodsi iam statuimus
patet fieri
, adeoque
esse partem realem ipsius
, atque
prodire ex parte imaginaria ipsius
factore
suppresso. Totum itaque negotium reducitur ad inventionem summae
: ad hunc finem vel series in art. 6 considerata, vel ea quam in art. 9 summare docuimus, adhiberi potest, prior tamen minus idonea est in casu eo, ubi
est numerus par. Nihilominus lectoribus gratum fore speramus, si casum eum, ubi
impar est, secundum methodum duplicem tractemus.
Supponamus itaque primo,
esse numerum imparem,
designare radicem propriam aequationis
quamcunque, et in functione
statui
, atque
. Hinc patet fieri
usque ad
(Haud superfluum erit monere, has aequationes eatenus tantum valere, quatenus
supponitur radix propria: si enim esset
radix impropria, in quibusdam illarum fractionum numerator et denominator simul evanescerent, adeoque fractiones indeterminatae fierent).
Hinc deducimus aequationem sequentem
Eadem aequatio etiamnum valebit, si pro
substituitur
, designante
integrum quemcunque ad
primum: tunc enim etiam
erit radix propria aequationis
. Scribamus itaque pro
,
sive quod idem est
, eritque
Multiplicemus utramque partem huius aequationis per
prodibitque, propter
aequatio sequens
aut, partibus membri primi aliter dispositis,
Factores membri secundi aequationis [5] ita quoque exhiberi possunt
usque ad
quo pacto aequatio ista hanc formam assumit:
Multiplicando hanc aequationem per [5] in forma primitiva, prodit
ubi
est vel
vel
, prout
est formae
, vel formae
. Hinc
Sed nullo negotio perspicitur,
,
,
exhibere omnes radices aequationis
, radice
excepta, unde locum habere debebit aequatio identica indefinita
Quamobrem statuendo
, fiet
et quum manifesto sit
, aequatio nostra transit in hanc
In casu itaque eo, ubi
est formae
, fiet
Contra in casu altero, ubi
est formae
, fiet
Methodus art. praec. valorem tantummodo absolutum aggregatorum
,
assignat, ambiguumque linquit, utrum statuere oporteat
in casu priori atque
in casu posteriori
, an
. Hoc autem, saltem pro casu eo ubi
, ex aequatione [5] sequenti modo decidere licebit. Quum sit, pro
,
aequatio ista transmutatur in
Iam in casu eo, ubi
est formae
, in serie numerorum imparium
reperiuntur
, qui sunt minores quam
, hisque manifesto respondent sinus positivi; contra reliqui
erunt maiores quam
, hisque sinus negativi respondebunt: quapropter productum omnium sinuum statuendum est aequale producto e quantitate positiva in multiplicatorem
, adeoque
aequalis erit producto e quantitate reali positiva in
sive in 1, quoniam
, atque
per 4 divisibilis: i.e. quantitas
erit realis positiva, unde necessario esse debebit
In casu altero, ubi
est formae
in serie numerorum imparium
priores
erunt minores quam
, reliqui
autem maiores. Hinc inter sinus arcuum
negativi erunt
, adeoque
erit productum ex
in quantitatem realem positivam in
; factor tertius est
, qui cum primo iunctus producit
, quoniam
. Quamobrem necessario erit
Iam ostendemus, quo pacto eaedem conclusiones e progressione in art. 9 considerata deduci possint. Scribamus in aequ. [4] pro
,
, eritque
usque ad terminum
Quodsi hic pro
accipitur radix propria aequationis
, puta
, atque simul statuitur
, erit
usque ad
ubi notandum, nullum denominatorum
,
etc. fieri
. Hinc aequatio [7] hancce formam assumit
Multiplicando in membro secundo huius aequationis terminum primum per ultimum, secundum per penultimum etc., habemus
Ex his productis partialibus facile perspicietur conflari productum
quod itaque erit
Haec aequatio identica est cum aequ. [5] in art. 12 e progressione prima derivata, ratiociniaque dein reliqua eodem modo adstruentur, ut in artt. 13 et 14.
Transimus ad casum alterum, ubi
est numerus par. Sit primo
formae
sive impariter par, patetque, numeros
,
,
etc. sive generaliter
per
divisos producere quotientes impares, adeoque secundum modulum
congruos fieri ipsi
. Hinc colligitur, si
sit radix propria aequationis
, adeoque
, fieri
Hinc in progressione
terminus
destruet primum, sequens secundum etc., adeoque erit
Superest casus, ubi
est formae
sive pariter par. Hic generaliter
divisibilis erit per
, adeoque
Hinc in serie
terminus
aequalis erit primo, sequens secundo etc., ita ut fiat
Iam supponamus, in aequ. [7] art. 15 statui
, et pro
accipi radicem propriam aequationis
, puta
. Tunc perinde ut in art. 15 aequatio sequentem formam obtinet:
sive
Porro quum sit
, adeoque
productumque e factoribus
,
,
etc. usque ad
fiat
, aequatio praecedens ita quoque exhiberi potest
Quum habeatur
erit
adeoque
Multiplicando hunc valorem ipsius
per prius inventum, adiungendoque utrimque factorem
, prodit
Sed fit
Unde tandem concluditur
Iam facile perspicietur,
esse vel
vel
, prout scilicet
vel formae
sit, vel formae
. Et quum sit
erit in casu eo, ubi
est formae
,
in casu altero autem, ubi
est formae
,
Methodus art. praec. valores absolutos functionum
,
suppeditavit, conditionesque assignavit, sub quibus signa aequalia vel opposita illis tribuenda sint: sed signa ipsa hinc nondum determinantur. Hoc pro eo casu, ubi statuitur
, sequenti modo supplebimus.
Statuamus
, ita ut fiat
, patetque, propter
aequationem [8] ita exhiberi posse
sive factoribus alio ordine dispositis
Iam fit
usque ad
Quamobrem habetur
Cosinus in hoc productum ingredientes manifesto omnes positivi sunt, factor
autem fit
. Hinc colligimus,
esse productum ex
in quantitatem realem positivam, unde necessario esse debebit
Operae pretium erit, omnes summationes hactenus evolutas, hic in unum conspectum colligere. Generaliter scilicet est
et in casu eo, ubi
supponitur
, quantitati radicali signum positivum tribui debet. Omni itaque iam rigore ea, quae pro valoribus primis ipsius
in art. 3 per inductionem animadverteramus, demonstrata sunt, nihilque superest, nisi ut signa pro valoribus quibuscunque ipsius
in omnibus casibus determinare doceamus. Sed antequam hoc negotium in omni generalitate aggredi liceat, primo casus eos, ubi
est numerus primus vel numeri primi potestas, propius considerare oportebit.
Sit primo
numerus primus impar, patetque per ea, quae in art. 10 exposuimus, esse
, si statuatur
, denotante
ut illic indefinite omnia residua quadratica ipsius
inter 1 et
contenta. Quodsi quoque per
indefinite omnia non-residua quadratica inter eosdem limites exprimimus, nullo negotio perspicitur, omnes numeros
congruos fieri secundum modulum
vel omnibus
vel omnibus
(nullo ordinis respectu habito), prout
vel residuum sit vel non-residuum. Quamobrem in casu priori erit
adeoque
, si
est formae
, atque
, si
est formae
.
Contra in casu altero, ubi
est non-residuum ipsius
, erit
Hinc quum manifesto omnes
,
complexum integrum numerorum
,
,
expleant, adeoque sit
fiet
adeoque
, si
est formae
, atque
, si
est formae
.
Hinc itaque colligitur
primo, si
est formae
, atque
residuum quadraticum ipsius
,
secundo, si
est formae
, atque
non-residuum ipsius
,
tertio, si
est formae
, atque
residuum ipsius
,
quarto, si
est formae
, atque
non-residuum ipsius
,
Sit secundo
quadratum altiorve potestas numeri primi imparis
, statuaturque
, ita ut sit
vel
vel
. Hic ante omnia observare convenit, si
sit integer quicunque per
non divisibilis, fieri
Hinc facile perspicietur, fieri
Termini enim reliqui progressionis
distribui poterunt in
progressiones partiales, quae singulae sint
terminorum, et per transformationem modo traditam summas evanescentes conficiant.
Hinc colligitur, in casu eo, ubi fit
, sive ubi
est potestas numeri primi cum exponente pari, fieri
Contra in casu eo, ubi
, sive ubi
est potestas numeri primi cum exponente impari, statuemus
, unde
erit radix propria aequationis
, et quidem
, ac dein
Sed summa șeriei
per art. praec. determinatur, unde sponte concluditur, fieri
signo positivo vel negativo valente, prout
fuerit residuum vel non-residuum ipsius
.
Facile quoque ex iis, quae in artt. 20. et 21 exposita sunt, derivatur propositio sequens, quae infra usum notabilem nobis praestabit. Statuatur
denotante
integrum quemcunque per
non divisibilem, eritque in casu eo, ubi
, vel ubi
est potestas ipsius
cum exponente impari,
Patet enim,
oriri ex
, si pro
substituatur
; in casu priori autem
et
similes erunt, in posteriori dissimiles, quatenus sunt residua vel non-residua ipsius
.
In casu eo autem, ubi
est potestas ipsius
cum exponente pari, manifesto fit
, adeoque semper
.
In artt. 20, 21, 22 consideravimus numeros primos impares, taliumque potestates: superest itaque casus, ubi
est potestas binarii.
Pro
manifesto fit
.
Pro
prodit
: hinc
, quoties
est formae
, atque
, quoties
est formae
.
Pro
habemus
. Hinc erit
Si
est altior potestas binarii, statuamus
, ita ut
sit vel
vel
, atque
maior quam
. Hic ante omnia observari debet, si
sit integer quicunque per
non divisibilis, fieri
Hinc facile perspicietur, fieri
Statuamus
, eritque
radix aequationis
, et quidem
dein fiet
Sed summa seriei
per ea, quae de casibus
,
explicavimus, determinatur, unde colligimus
in casu eo, ubi
, sive ubi
est potestas numeri 4, fieri
quae sunt ipsissimae formulae pro
traditae;
in casu eo autem, ubi
, sive ubi
est potestas binarii cum exponente impari maiori quam 3, fieri
quae quoque prorsus conveniunt cum iis, quae pro
tradidimus.
Etiam hic operae pretium erit, rationem summae progressionis
ad
determinare, ubi
integrum quemcunque imparem denotat. Quum
oriatur ex
, mutando
in
, valor ipsius
perinde a forma numeri
pendebit, ut
a forma ipsius
. Statuamus
, patetque fieri
I. in casu eo, ubi
, vel altior potestas binarii cum exponente pari, fieri
II. in casu eo, ubi
, vel altior potestas binarii cum exponente impari, fieri
Per praecc. determinatio summae
pro iis casibus, ubi
est numerus primus vel numeri primi potestas, complete perfecta est: superest itaque, ut eos quoque casus absolvamus, ubi
e pluribus numeris primis compositus est, huc viam nobis sternet theorema sequens.
Theorema. Sit n productum e duobus integris positivis inter se primis
,
, statuaturque
Tum dico fore
.
Demonstr. Designet
indefinite numeros
,
,
,
,
indefinite numeros
,
,
,
,
indefinite numeros
,
,
,
. Tunc patet esse
Hinc erit
, substituendo pro
et
omnes valores, omnibus modis inter se combinatos; hinc porro propter
, erit
. Sed nullo negotio perspicitur, singulos valores ipsius
inter se diversos esse, atque alicui valori ipsius
aequales. Hinc erit
.
Ceterum notandum est,
esse radicem propriam aequationis
, atque
radicem propriam aequationis
.
Sit porro
productum e tribus numeris inter se primis
,
,
, patetque, si statuatur
, etiam
et
inter se primos fore; adeoque
productum e duobus factoribus
Sed quum
sit radix propria aequationis
, erit ipse factor prior productum ex
si statuitur
. Hinc patet,
esse productum e factoribus tribus
ubi
,
,
erunt resp. radices propriae aequationum
,
,
.
Hinc facile concluditur generaliter, si
sit productum e factoribus quotcunque inter se primis
,
,
etc.,
fieri productum e totidem factoribus, qui sint
ubi
etc. erunt radices propriae aequationum
,
etc.
Ex his principiis transitus ad determinationem completam ipsius
pro valore quocunque ipsius
sponte iam obvius est. Decomponatur scilicet
in factores
,
,
etc. tales, qui sint vel numeri primi inaequales, vel potestates numerorum primorum inaequalium, statuatur
,
,
etc., eruntque
,
,
etc. radices propriae aequationum
,
,
etc., atque
productum e factoribus
Sed hi singuli factores per ea, quae in artt 20, 21, 23 docuimus, determinari poterunt, unde etiam valor producti innotescet. Regulas pro determinandis illis factoribus hic in unum obtutum collegisse haud inutile erit. Quum radix
fiat
, aggregatum
, quod per
denotabimus, perinde per numerum
determinabitur, ut in disquisitione nostra generali
per
. Duodecim iam casus sunt distinguendi.
I. Si
est numerus primus formae
, puta
, vel potestas talis numeri primi cum exponente impari, simulque
residuum quadraticum ipsius
, erit
.
II. Si manentibus reliquis
est non-residuum quadraticum ipsius
, erit
.
III. Si
est numerus primus formae
, puta
, vel potestas talis numeri primi cum exponente impari, simulque
residuum quadraticum ipsius
, erit
.
IV. Si, manentibus reliquis ut in III,
est non-residuum quadraticum ipsius
, erit
.
V. Si
est quadratum, altiorve potestas numeri primi (imparis) cum exponente pari, erit
.
VI. Si
, erit
.
VII. Si
, altiorve potestas binarii cum exponente pari, simulque
formae
, erit
.
VIII. Si, manentibus reliquis ut in VII,
est formae
, erit
.
IX. Si
, altiorve potestas binarii cum exponente impari, simulque
formae
, erit
.
X. Si, manentibus reliquis ut in IX,
est formae
, erit
.
XI. Si manentibus reliquis
est formae
, erit
.
XII. Si manentibus reliquis
est formae
, erit
.
Sit exempli caussa
, atque
. Hic erit
Hinc fit
.
Sit pro eodem valore ipsius
,
: tunc respondebit
Hinc conflatur productum
.
Methodus alia, summam
generaliter determinandi, petitur ex iis, quae in artt. 22, 24 exposita sunt. Statuamus
, atque
ita ut habeatur
,
,
,
etc. Tunc erit
productum e factoribus
adeoque
productum e factoribus
Iam factor primus
determinatus est per disquisitiones supra traditas (art. 19); factores reliqui vero
,
,
etc. prodeunt per formulas artt. 22, 24, quas ut omnia iuncta habeantur, hic denuo colligimus[1]. Duodecim casus hic sunt distinguendi, scilicet
I. Si
est numerus primus (impar)
, vel talis numeri potestas cum exponente impari, atque
residuum quadraticum ipsius
, erit factor respondens
.
II. Si manentibus reliquis
est non-residuum quadraticum ipsius
, erit
.
III. Si
est quadratum numeri primi imparis, altiorve eius potestas cum exponente pari, erit
.
IV. Si
est
, aut altior binarii potestas cum exponente pari, simulque
formae
, erit
.
V. Si, manentibus reliquis ut in IV,
est formae
, atque
formae
, erit
.
VI. Si, manentibus reliquis ut in IV,
est formae
, atque
formae
, erit
.
VII. Si
est
, aut altior binarii potestas cum exponente impari, atque
formae
, erit
.
VIII. Si, manentibus reliquis ut in VII,
est formae
, erit
.
IX. Si, manentibus reliquis ut in VII,
est formae
, atque
formae
, erit
.
XI. Si, manentibus reliquis ut in VII,
est formae
, atque
formae
erit
.
XII. Si, manentibus reliquis ut in VII,
est formae
, atque
formae
, erit
.
Casum eum, ubi
, praeterimus; hic quidem
foret
sive indeterminatus, sed tunc semper
.
Factores reliqui
,
etc. perinde pendent a
,
etc., ut
ab
, quatenus in illorum determinationem ingrediuntur.
Secundum hanc methodum alteram exemplum primum art. 29 ita se habet:
Hinc conflatur productum
, ut in art. 29.
Quum valor ipsius
per methodos duas determinari possit, quarum altera relationibus numerorum
,
,
etc. ad numeros
,
,
etc. innititur, altera vero a relationibus ipsius
ad numeros
,
,
etc. pendet, inter omnes has relationes nexus quidam conditionalis intercedere debet, ita ut quaevis e reliquis determinabilis esse debeat. Supponamus, omnes numeros
,
,
etc. esse numeros primos impares, atque
accipi
; distribuanturque factores
,
,
etc. in duas classes, quarum altera contineat eos, qui sunt formae
, et qui denotentur per
,
,
etc., altera vero constet ex iis, qui sunt formae
, et qui exprimantur per
,
,
etc.: multitudinem posteriorum designabimus per
. His ita factis, observamus primo,
fieri formae
, si
fuerit par (quorsum etiam referri debet casus is, ubi factores classis alterius omnino desunt, sive ubi
), contra
fieri formae
, si
fuerit impar. Iam determinatio ipsius
per methodum primam ita perficitur. Pendeant numeri
,
,
etc.,
,
,
etc. ita a relationibus numerorum
,
,
etc.,
,
,
etc. ad numeros
,
,
etc.,
,
,
etc. resp., ut statuatur
et perinde de reliquis. Tunc erit
productum e factoribus
,
,
etc.,
,
,
etc., adeoque
Per methodum secundam, aut potius statim per praecepta art. 19, erit
Utrumque casum simul complecti licet per formulam sequentem:
Hinc itaque colligitur
Sed
fit
, quoties
est formae
vel
, atque
, quoties
est formae
vel
, unde deducimus sequens elegantissimum
Theorema. Denotantibus
,
,
etc. numeros primos impares positivos inaequales, quorum productum statuitur
, et inter quos
sint formae
, reliqui formae
: multitudo eorum ex his numeris
,
,
etc., quorum non-residua resp. sunt
,
,
etc., par erit, quoties
est formae
vel
, impar vero, quoties
est formae
vel
.
Ita e.g. statuendo
,
,
,
, habemus tres numeros formae
, puta
,
et
; est autem
;
;
;
, sive unicus
est non-residuum ipsius
.
Celeberrimum theorema fundamentale circa residua quadratica nihil aliud est, nisi casus specialis theorematis modo evoluti. Limitando scilicet multitudinem numerorum
,
,
etc. ad duos, patet, si unus tantum ex ipsis, vel neuter, sit formae
, fieri debere vel simul
,
, vel simul
,
; contra si uterque est formae
, unus ex ipsis alterius non-residuum esse debebit, atque hic illius residuum. En itaque demonstrationem quartam huius gravissimi theorematis, cuius demonstrationem primam et secundam in Disquisitionibus Arithmeticis, tertiam nuper in commentatione peculiari tradidimus (Commentt. T. XVI): duas alias principiis rursus omnino diversis innitentes in posterum exponemus. Summopere sane est mirandum, quod hocce venustissimum theorema, quod primo omnes conatus tam pertinaciter eluserat, tot postea viis toto coelo inter se distantibus adiri potuerit.
Etiam theoremata reliqua, quae quasi supplementum ad theorema fundamentale efficiunt, scilicet per quae dignoscuntur numeri primi, quorum residua vel non-residua sunt
,
et
, ex iisdem principiis derivari possunt. Incipiemus a residuo
.
Statuendo
, ita ut
sit numerus primus, atque
, per methodum art. 28,
erit productum e duobus factoribus, quorum alter erit
, vel
, si 8, vel quod idem est 2, est residuum quadraticum ipsius
; contra
vel
, si 2 est non-residuum ipsius
. Factor secundus autem est
Sed per art. 18 semper erit
; dividendo hunc valorem per quatuor valores factoris secundi, patet, factorem primum fieri debere
Hinc sponte sequitur, in casu primo et quarto 2 esse debere residuum ipsius
, in casu secundo et tertio autem non-residuum.
Numeri primi, quorum residuum vel non-residuum est
, facile dignoscuntur adiumento theorematis sequentis, quod etiam per se ipsum satis memorabile est.
Theorema. Productum e duobus factoribus
est
, si
est impar; vel
, si
est impariter par; vel
, si
est pariter par.
Demonstr. Quum manifesto fiat
productum
ita quoque exhiberi poterit
quod aggregatum verticaliter summatum producit
Iam si
impar est, singulae partes huius aggregati, praeter primam
, erunt
; secunda enim manifesto fit
, tertia
etc. Quoties vero
par est, excipere insuper oportebit partem
quae fit
. In casu priori itaque fit
, in posteriori autem
; sed
fit
, si
est pariter par, tunc itaque prodit
; contra fit
, si
est impariter par, ubi itaque evadit
. Q. E. D.
Iam per art. 22 constat, si
sit numerus primus impar,
fieri
vel
, prout
fuerit residuum vel non-residuum ipsius
. Hinc in casu priori esse debebit
, in posteriori
; quamobrem per art. 13 concludimus, casum priorem tunc tantum locum habere posse, quando
sit formae
, casumque posteriorem, quando
sit formae
.
Denique e combinatione conditionum pro residuis
et
inventarum sponte sequitur,
esse residuum cuiusvis numeri primi formae
vel
, atque non-residuum cuiusvis numeri primi formae
vel
.