COMMENTATIO PRIMA
1.
Theoria residuorum quadraticorum ad pauca theoremata fundamentalia reducitur, pulcherrimis Arithmeticae Sublimioris cimeliis adnumeranda, quae primo per inductionem facile detecta, ac dein multifariis modis ita demonstrata esse constat, ut nihil amplius desiderandum relictum sit.
Longe vero altioris indaginis est theoria residuorum cubicorum et biquadraticorum. Quam quum inde ab anno 1805 perscrutari coepissemus, praeter ea, quae quasi in limine sunt posita, nonnulla quidem theoremata specialia se obtulerunt, tum propter simplicitatem suam, tum propter demonstrationum difficultatem valde insignia: mox vero comperimus, principia Arithmeticae hactenus usitata ad theoriam generalem stabiliendam neutiquam sufficere, quin potius hanc necessario postulare, ut campus Arithmeticae Sublimioris infinities quasi promoveatur, quod quomodo intelligendum sit, in continuatione harum disquisitionum clarissime elucebit. Quamprimum hunc campum novum ingressi sumus, aditus ad cognitionem theorematum simplicissimorum totam theoriam exhaurientium per inductionem statim patuit: sed ipsorum demonstrationes tam profunde latuerunt, ut post multa demum tentamina irrita tandem in lucem protrahi potuerint.
Quum iam ad promulgationem harum lucubrationum accingamur, a theoria residuorum biquadraticorum initium faciemus, et quidem in hac prima commentatione disquisitiones eas explicabimus, quas iam cis campum Arithmeticae ampliatum absolvere licuit, quae illuc viam quasi sternunt, simulque theoriae divisionis circuli quaedam nova incrementa adiungunt.
2.
Notionem residui biquadratici in Disquisitionibus Arithmeticis art. 115 introduximus: scilicet numerus integer
, positivus seu negativus, integri
residuum biquadraticum vocatur, si
secundum modulum
biquadrato congruus fieri potest, et perinde non-residuum biquadraticum, si talis congruentia non exstat. In omnibus disquisitionibus sequentibus, ubi contrarium expressis verbis non monetur, modulum
esse numerum primum (imparem positivum) supponemus, atque
per
non divisibilem, quum omnes casus reliqui ad hunc facillime reduci possint.
3.
Manifestum est, omne residuum biquadraticum numeri
eiusdem quoque residuum quadraticum esse, et proin omne non-residuum quadraticum etiam nonresiduum biquadraticum. Hanc propositionem etiam convertere licet, quoties
est numerus primus formae
. Nam si in hoc casu
est residuum quadraticum ipsius
, statuamus
, ubi
vel residuum quadraticum ipsius
erit vel non-residuum: in casu priori statuemus
, unde
, i.e.
erit residuum biquadraticum ipsius
; in casu posteriori
fiet residuum quadraticum ipsius
(quoniam
est non-residuum cuiusvis numeri primi formae
, faciendoque
, erit ut antea
, atque
residuum biquadraticum ipsius
. Simul facile perspicietur, alias solutiones congruentiae
, praeter has duas
et
in hoc casu non dari. Quum hae propositiones obviae integram residuorum biquadraticorum theoriam pro modulis primis formae
exhauriant, tales modulos a disquisitione nostra omnino excludemus, sive hanc ad modulos primos formae
limitabimus.
4.
Existente itaque
numero primo formae
, propositionem art. praec. convertere non licet: nempe exstare possunt residua quadratica, quae non sunt simul residua biquadratica, quod evenit, quoties residuum quadraticum congruum est quadrato non-residui quadratici. Statuendo enim
, existente
non-residuo quadratico ipsius
, si congruentiae
satisfieri posset, per valorem
, foret
, sive productum
per
divisibile, unde
vel factorem
vel alterum
metiri deberet, i.e. vel
vel
foret residuum quadraticum ipsius
, et proin uterque (quoniam
est residuum quadraticum), contra hyp.
Omnes itaque numeri integri per
non divisibiles in tres classes distribui possent, quarum prima contineat residua biquadratica, secunda non-residua biquadratica ea, quae simul sunt residua quadratica, tertia non-residua quadratica. Manifesto sufficit, tali classificationi solos numeros
,
,
subiicere, quorum semissis ad classem tertiam reduceretur, dum altera semissis inter classem primam et secundam distribueretur.
5.
Sed praestabit, quatuor classes stabilire, quarum indoles ita se habeat.
Sit
complexus omnium residuorum biquadraticorum ipsius
, inter
et
(inclus.) sitorum, atque
non-residuum quadraticum ipsius
ad arbitrium electum. Sit porro
complexus residuorum minimorum positivorum e productis
secundum modulum
oriundorum, et perinde
,
resp. complexus residuorum minimorum positivorum e productis
,
secundum modulum
prodeuntium. His ita factis facile perspicitur, singulos numeros
inter se diversos fore, et perinde singulos
, nec non singulos
; cifram autem inter omnes hos numeros occurrere non posse. Porro patet, omnes numeros, in
et
contentos, esse residua quadratica ipsius
, omnes autem in
et
non-residua quadratica, ita ut certe complexus
,
nullum numerum cum complexu
vel
communem habere possint. Sed etiam neque
cum
, neque
cum
ullum numerum communem habere potest. Supponamus enim
I. numerum aliquem ex
, e.g.
etiam in
inveniri, ubi prodierit e producto
ipsi congruo, existente
numero e complexu
. Statuatur
,
, accipiaturque integer
ita, ut fiat
. His ita factis erit
, adeoque multiplicando per
,
i.e.
residuum biquadraticum, adeoque
residuum quadraticum, contra hyp.
II. Perinde supponendo, aliquem numerum complexibus
,
communem esse, atque e productis
,
prodiisse, existentibus
,
numeris e complexu
, e congruentia
sequeretur
, adeoque haberetur numerus, qui e producto
oriundus ad
simulque ad
pertineret, quod impossibile esse modo demonstravimus.
Porro facile demonstratur, omnia residua quadratica ipsius
, inter 1 et
incl. sita, necessario vel in
vel in
, omniaque non-residua quadratica ipsius
inter illos limites necessario vel in
vel in
occurrere debere. Nam
I. Omne tale residuum quadraticum, quod simul est residuum biquadraticum, per hyp. in
invenitur.
II. Residuum quadraticum
(ipso
minus), quod simul est non-residuum biquadraticum, statuatur
, ubi
erit non-residuum quadraticum. Accipiatur integer
talis, ut fiat
, eritque
residuum quadraticum ipsius
, quod statuemus
. Hinc erit
Quare quum residuum minimum ipsius
inveniatur in
, numerus
, quippe qui ex illius producto per
oritur, necessario in
contentus erit.
III. Designante
non-residuum quadraticum ipsius
inter limites 1 et
, eruatur inter eosdem limites numerus integer
talis, ut habeatur
. Erit itaque
residum quadraticum, et proin vel in
vel in
contentus: in casu priori
manifesto inter numeros
, in posteriori autem inter numeros
invenietur.
Ex his omnibus colligitur, cunctos numeros
,
,
inter quatuor series
,
,
,
ita distribui, ut quivis illorum in una harum reperiatur, unde singulae series
numeros continere debent. In hac classificatione classes
et
quidem numeros suos essentialiter possident, sed distinctio inter classes
et
eatenus arbitraria est, quatenus ab electione numeri
pendet, qui ipse semper ad
referendus est; quapropter si eius loco alius e classe
adoptatur, classes
,
inter se permutabuntur.
6.
Quum
sit residuum quadraticum ipsius
, statuamus,
, unde quatuor radices congruentiae
erunt
,
,
,
. Quodsi itaque
est residuum biquadraticum ipsius
, puta
, quatuor radices congruentiae
erunt
,
,
,
, quas inter se incongruas esse facile perspicitur. Hinc patet, si colligantur residua minima positiva biquadratorum
,
,
,
, quaterna semper aequalia fore, ita ut
residua biquadratica diversa habeantur complexum
formantia. Si residua minima biquadratorum usque ad
tantum colliguntur, singula bis aderunt.
7.
Productum duorum residuorum biquadraticorum manifesto est residuum biquadraticum, sive e multiplicatione duorum numerorum classis
semper prodit productum, cuius residuum minimum positivum ad eandem classem pertinet. Perinde producta numeri ex
in numerum ex
, vel numeri ex
in numerum ex
, habebunt residua sua minima in
.
In
autem cadent residua productorum
et
; in
residua productorum
,
et
; denique in
residua productorum
et
.
Demonstrationes tam obviae sunt, ut sufficiat, unam indicavisse. Sint e.g.
et
numeri ex
et
, atque
,
, denotantibus
,
numeros ex
. Tunc
erit residuum biquadraticum, i.e. ipsius residuum minimum ad
referetur: quare quum productum
fiat
, illius residuum minimum in
contentum erit.
Simul facile iam diiudicari potest, ad quamnam classem referendum sit productum e pluribus factoribus. Scilicet tribuendo classi
,
,
,
resp. characterem
,
,
,
, character producti vel aggregato characterum singulorum factorum aequalis erit, vel eius residuo minimo secundum modulum 4.
8.
Operae pretium visum est, hasce propositiones elementares absque adminiculo theoriae residuorum potestatum evolvere, qua in auxilium vocata omnia adhuc multo facilius demonstrare licet.
Sit
radix primitiva pro modulo
, i.e. numerus talis, ut in serie potestatum
,
,
nulla ante hanc
unitati secundum modulum
congrua evadat. Tunc residua minima positiva numerorum
,
,
,
praeter ordinem cum his
,
,
convenient, et in quatuor classes sequenti modo distribuentur:
Hinc omnes propositiones praecedentes sponte demanant.
Ceterum sicuti hic numeri
,
,
in quatuor classes distributi sunt, quarum complexus per
,
,
,
designamus, ita quemvis integrum per
non divisibilem, ad normam ipsius residui minimi secundum modulum
, alicui harum classium adnumerare licebit.
9.
Denotabimus per
residuum minimum potestatis
secundum modulum
, unde quum fiat
(Disquis. Arithm. art. 62), patet, characterem
hic idem significare quod in art. 6. Potestas
itaque, denotante
integrum positivum, congrua erit secundum modulum
numero
,
,
,
, prout
formae
,
,
,
resp., sive prout residuum minimum ipsius
in
,
,
,
resp. reperitur. Hinc nanciscimur criterium persimplex ad diiudicandum, ad quam classem numerus datus
per
non divisibilis referendus sit; pertinebit scilicet
ad
,
,
vel
, prout potestas
secundum modulum
numero
,
,
vel
congrua evadit.
Tamquam corollarium hinc sequitur,
semper ad classem
referri, quoties
sit formae
, ad classem
vero, quoties
sit formae
. Demonstratio huius theorematis a theoria residuorum potestatum independens ex iis, quae in Disquisitionibus Arithmeticis art. 115, III docuimus, facile adornari potest.
10.
Quum omnes radices primitivae pro modulo
prodeant e residuis potestatum
, accipiendo pro
omnes numeros ad
primos, facile perspicitur, illas inter complexus
et
aequaliter dispertitas fore, basi
semper in
contenta. Quodsi loco numeri
radix alia primitiva e complexu
pro basi accipitur, classificatio eadem manebit; si vero radix primitiva e complexu
tamquam basis adoptatur, classes
et
inter se permutabuntur.
Si classificatio criterio in art. praec. prolato superstruitur, discrimen inter classes
et
inde pendebit, utram radicem congruentiae
pro numero characteristico
adoptemus.
11.
Quo facilius disquisitiones subtiliores, quas iam aggressuri sumus, per exempla illustrari possint, constructionem classium pro omnibus modulis infra 100 hic apponimus. Radicem primitivam pro singulis minimam adoptavimus.
12.
Quum numerus 2 sit residuum quadraticum omnium numerorum primorum formae
, non-residuum vero omnium formae
, pro modulis primis formae prioris 2 in classe
vel
, pro modulis formae posterioris in classe
vel
invenietur. Quum discrimen inter classes
et
non sit essentiale, quippe quod tantummodo ab electione numeri
pendet, modulos formae
aliquantisper seponemus. Modulos formae
autem inductioni subiiciendo, invenimus 2 pertinere ad
pro
, 89, 113, 233, 257, 281, 337, 353 etc.; contra 2 pertinere ad
pro
, 41, 97, 137, 193, 241, 313, 401, 409, 433, 449, 457 etc.
Ceterum quum pro modulo primo formae
numerus
sit residuum biquadraticum, patet,
semper cum
ad eandem classem referendum esse.
13.
Si exempla art. praec. inter se comparantur, primo saltem aspectu criterium nullum simplex se offerre videtur, per quod modulos priores a posterioribus dignoscere liceret. Nihilominus duo huiusmodi criteria dantur, elegantia et simplicitate perinsignia, ad quorum alterum considerationes sequentes viam sternent.
Modulus
, tamquam numerus primus formae
, reduci poterit, et quidem unico tantum modo, sub formam
(Disquiss. Arithm. art. 182, II); radices
,
positive accipi supponemus. Manifesto
impar erit,
vero par; statuemus autem
, ita ut
sit impar. Iam observamus
I. quum habeatur
ipsum
esse residuum quadraticum ipsius
, et proin etiam singulorum factorum primorum, in quos
resolvitur: vicissim itaque, per theorema fundamentale, singuli hi factores primi erunt residua quadratica ipsius
, et proin etiam illorum productum
erit residuum quadraticum ipsius
. Quod quum etiam de numero 2 valeat, patet,
esse residuum quadraticum ipsius
, et proin
, nec non
, residuum biquadraticum.
II. Hinc
ad eandem classem referri debet, in qua invenitur numerus
; quare quum
, manifestum est,
vel in classe
, vel in classe
inveniri, prout
sit vel residuum quadraticum ipsius
, vel non-residuum quadraticum.
III. Iam supponamus,
in factores suos primos resolutum esse, e quibus ii, qui sunt vel formae
vel
, denotentur per
,
,
etc., ii vero, qui sunt vel formae
vel
, per
,
,
etc.: posteriorum multitudo sit
. Quoniam
, erit
residuum quadraticum eorum factorum primorum ipsius
, quorum residuum quadraticum est
, i.e. factorum
,
,
etc.; non-residuum quadraticum vero factorum eorum, quorum non-residuum quadraticum est
, i.e. factorum
,
,
etc. Quocirca, vice versa, per theorema fundamentale, singuli
,
,
etc. erunt residua quadratica ipsius
, singuli
,
,
etc. autem non-residua quadratica. Ex his itaque concluditur, productum
fore residuum quadraticum ipsius
, vel non-residuum, prout
par sit vel impar.
IV. Sed facile confirmatur, productum omnium
,
,
etc. fieri formae
vel
, idemque valere de producto omnium
,
,
etc., si horum multitudo fuerit par, ita ut in hoc casu etiam productum
necessario fieri debeat formae
vel
; contra productum omnium
,
,
etc., quoties ipsorum multitudo impar sit, fieri formae
vel
, idemque adeo in hoc casu valere de producto
.
Ex his omnibus itaque colligitur theorema elegans:
Quoties
est formae
vel
, numerus
in complexu
contentus erit; quoties vero
est formae
vel
, numerus
in complexu
invenietur.
Quod confirmatur per exempla in art. praec. enumerata; priores enim moduli ita discerpuntur:
,
,
,
,
,
,
,
; posteriores vero ita:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
14.
Quum discerptio numeri
in quadratum simplex et duplex nexum tam insignem cum classificatione numeri
prodiderit, operae pretium esse videtur tentare, num discerptio in duo quadrata, cui numerum
aeque obnoxium esse constat, similem forte successum suppeditet. Ecce itaque discerptiones numerorum
, pro quibus
pertinet ad classem
Ante omnia observamus, duorum quadratorum, in quae
discerpitur, alterum impar esse debere, quod statuemus
, alterum par, quod statuemus
. Quoniam
fit formae
, patet, valoribus impariter paribus ipsius
respondere valores ipsius
formae
, ab inductione nostra hic exclusos, quippe qui numerum
in classe
vel
haberent. Pro valoribus autem ipsius
, qui sunt formae
esse debet pariter par, et si inductioni, quam schema allatum ob oculos sistit, fidem habere licet, numerus
ad classem
referendus erit pro omnibus modulis, pro quibus
est formae
, ad classem
vero pro omnibus modulis, pro quibus
est formae
. Sed hoc theorema longe altioris indaginis est, quam id, quod in art. praec. eruimus, demonstrationique plures disquisitiones praeliminares sunt praemittendae, ordinem, quo numeri complexuum
,
,
,
se invicem sequuntur, spectantes.
15.
Designemus multitudinem numerorum e complexu
, quos immediate sequitur numerus e complexu
,
,
,
resp., per
,
,
,
; perinde multitudinem numerorum e complexu
, quos sequitur numerus e complexu
,
,
,
resp. per
,
,
,
; similiterque sint in complexu
resp.
,
,
,
numeri, in complexu
vero
,
,
,
numeri, quos sequitur numerus e complexu
,
,
,
. Proponimus nobis, has sedecim multitudines a priori determinare. Quo commodius lectores ratiocinia generalia cum exemplis comparare possint, valores numericos terminorum schematis
pro singulis modulis, pro quibus classificationes in art. 11 tradidimus, hic adscribere visum est.
Quum moduli formae
et
diverso modo se habeant, utrosque seorsim tractare oportet: a prioribus initium faciemus.
16.
Character
indicat, quot modis diversis aequationi
satisfieri possit, denotantibus
,
indefinite numeros e complexu
. Quum pro modulo formae
, qualem hic subintelligimus,
et
ad eundem complexum pertineant, concinnius dicemus,
exprimere multitudinem modorum diversorum, aequationi
, satisfaciendi: manifesto huius aequationis vice etiam congruentia
fungi potest.
Perinde
exprimendo indefinite per
et
numeros e complexu
, per
numeros e complexu
, per
numeros e complexu
. Hinc statim colligimus sex aequationes sequentes:
E quavis solutione data congruentiae
demanat solutio congruentiae
, accipiendo pro
numerum inter limites
eum qui reddit
(qui manifesto erit e complexu
), et pro
residuum minimum positivum producti
(quod itidem erit e complexu
); perinde patet regressus a solutione data congruentiae
ad solutionem congruentiae
, si
accipitur ita, ut fiat
, simulque statuitur
. Hinc concludimus, utramque congruentiam aequali solutionum multitudine gaudere, sive esse
.
Simili modo e congruentia
deducimus
, si
accipitur e complexu
ita ut fiat
, atque
ex eodem complexu congruus producto
. Unde facile colligimus, has duas congruentias aequalem solutionum multitudinem admittere, sive esse
.
Perinde e congruentia
deducimus
, accipiendo
,
ita ut fiat
, eritque adeo
.
Denique e congruentia
simili modo tum congruentiam
, tum hanc
derivamus, atque hinc concludimus
.
Nacti sumus itaque, inter sedecim incognitas nostras, undecim aequationes, ita ut illae ad quinque reducantur, schemaque
ita exhiberi possit:
Facile vero tres novae aequationes conditionales adiiciuntur. Quum enim quemvis numerum complexus
, excepto ultimo
, sequi debeat numerus ex aliquo complexuum
,
,
vel
, habebimus
et perinde
In signis modo introductis tres primae aequationes suppeditant:
Quarta cum secunda fit identica. Adiumento harum aequationum tres incognitarum eliminare licet, quo pacto omnes sedecim iam ad duas reductae sunt.
17.
Ut vero determinationem completam nanciscamur, investigare conveniet multitudinem solutionum congruentiae
designantibus
,
,
indefinite numeros e complexibus
,
,
. Manifesto valor
non est admissibilis, quum fieri nequeat
: substituendo itaque pro
deinceps valores reliquos, prodibunt
,
,
,
valores ipsius
ad
,
,
,
resp. pertinentes. Pro quovis autem valore dato ipsius
ad
pertinente, puta pro
, congruentia
totidem solutiones admittet, quot congruentia
(statuendo scilicet
,
, i.e. solutiones
. Perinde pro quovis valore dato ipsius
ad
pertinente, puta pro
, congruentia
totidem solutiones habebit, quot haec
(scilicet statuendo
,
, i.e. solutiones
. Similiter pro quolibet valore dato ipsius
ad
pertinente, puta pro
, congruentia
totidem modis diversis solvi poterit, quot haec
(nempe statuendo
, i.e. solutionum multitudo erit
. Denique pro quovis valore dato ipsius
ad
pertinente, puta pro
, congruentia
totidem solutiones habebit, quot haec
(statuendo
,
), i.e. (23)
solutiones. Omnibus itaque collectis, patet, congruentiam
admittere
solutiones diversas.
Prorsus vero simili modo eruimus, si pro
singuli deinceps numeri complexus
substituantur, summam
obtinere resp.
,
,
,
sive
,
,
,
valores ad
,
,
,
pertinentes, et pro quovis valore dato ipsius
ad hos complexus pertinente, congruentiam
resp.
,
,
,
sive
,
,
,
solutiones diversas admittere, ita ut multitudo omnium solutionum fiat
Ad eundem valorem perducimur, si evolutionem considerationi valorum summae
superstruimus.
18.
Ex hac duplici eiusdem multitudinis expressione nanciscimur aequationem:
atque hinc, eliminando
adiumento aequationis
,
Sed duae aequationes ultimae art. 16 suppeditant
, quo valore substituto
transit in
, adeoque aequatio praecedens, per 4 multiplicata, in hanc
Hinc, quoniam
, sequitur
sive
Statuendo itaque
habebimus
Sed constat,
unico tantum modo in duo quadrata discerpi posse, quorum alterum impar accipi debet pro
, alterum par pro
, ita ut
,
sint numeri ex asse determinati. Sed etiam
ipse erit numerus prorsus determinatus; radix enim quadrati positive accipi debet, vel negative, prout radix positiva est formae
vel
. De determinatione signi ipsius
mox loquemur.
Iam combinatis his novis aequationibus cum tribus ultimis art. 16, quinque numeri
,
,
,
,
per
,
et
penitus determinantur sequenti modo:
Si loco ipsius
modulum
introducere malumus, schema
, singulis terminis ad evitandas fractiones per 16 multiplicatis, ita se habet:
19.
Superest, ut signum ipsi
tribuendum assignare doceamus. Iam supra, art. 10, monuimus, distinctionem inter complexus
et
, per se non essentialem, ab electione numeri
pendere, pro quo alterutra radix congruentiae
accipi debet, illasque inter se permutari, si loco alterius radicis altera adoptetur. Iam quum inspectio schematis modo allati doceat, similem permutationem cum mutatione signi ipsius
cohaerere, praevidere licet, nexum inter signum ipsius
atque numerum
exstare debere. Quem ut cognoscamus, ante omnia observamus, si, denotante
integrum non negativum, pro
accipiantur omnes numeri
,
,
, fieri secundum modulum
, vel
, vel
, prout
vel non-divisibilis sit per
, vel divisibilis. Pars posterior theorematis inde patet, quod pro valore ipsius
per
divisibili, habetur
: partem priorem vero ita demonstramus. Denotante
radicem primitivam, omnes
convenient cum residuis minimis omnium
, accipiendo pro
omnes numeros
,
,
,
, eritque adeo
. Sed fit
Hinc vero sequitur, quoniam pro valore ipsius
per
non-divisibili
ipsi
congruus sive
per
divisibilis esse nequit,
. Q. E. D.
Iam si potestas
secundum theorema binomiale evolvitur, per lemma praec. fiet
Sed residua minima omnium
exhibent omnes numeros
, quovis quater occurrente; habebimus itaque inter residua minima ipsius
pertinentia, quatuorque erunt
(puta pro
). Hinc, considerando criteria complexuum
,
,
,
, deducimus
adeoque
sive substitutis pro
,
etc. valoribus in art. praec inventis,
Hinc itaque colligimus, semper fieri debere
, sive, multiplicando per
,
quae congruentia determinationi signi ipsius
, si numerus
iam electus est, vel determinationi numeri
, si signum ipsius
aliunde praescribitur, inservit.
20.
Postquam problema nostrum pro modulis formae
complete solvimus, progredimur ad casum alterum, ubi
est formae
: quem eo brevius absolvere licebit, quod omnia ratiocinia parum a praecedentibus differunt.
Quum pro tali modulo
ad classem
pertineat, complementa numerorum complexuum
,
,
,
ad summam
, in classibus
,
,
,
resp. contenta erunt. Hinc facile colligitur
unde statim habentur sex aequationes:
Multiplicando congruentiam
per numerum
e complexu
ita electum, ut fiat
, accipiendoque pro
residuum minimum producti
, quod manifesto quoque complexui
adnumerandum erit, prodit
, unde colligimus
.
Prorsus simili modo habentur aequationes
,
,
.
Adiumento harum undecim aequationum sedecim incognitas nostras ad quinque reducere, schemaque
ita exhibere possumus:
Porro habemus aequationes
sive, adhibendo signa modo introducta, has tres (I):
quarum itaque adiumento incognitas nostras iam ad duas reducere licet.
Aequationes reliquas e consideratione multitudinis solutionum congruentiae
derivabimus (per
,
,
, etiam hic indefinite numeros e complexibus
,
,
resp. denotantes). Scilicet perpendendo primo,
praebere
,
,
,
numeros resp. ad
,
,
,
pertinentes, et pro quovis valore dato ipsius
in his quatuor casibus resp. haberi solutiones
,
,
,
, multitudo omnium solutionum erit
Secundo quum
exhibeat
,
,
,
numeros ad
,
,
,
pertinentes, et pro quovis valore dato ipsius
in his quatuor casibus exstent solutiones
,
,
,
, multitudo omnium solutionum erit
unde derivamus aequationem
quae adiumento aequationis
, ex (I) petitae, transit in hanc:
Iam ex aequationibus I habemus etiam
, unde
Quibus valoribus in aequatione praecedente substitutis, prodit:
Quodsi tandem pro
hic substituimus
sive, propter aequationem ultimam in I,
, obtinemus:
adeoque
Statuendo itaque
fiet
Iam quum in hoc quoque casu
unico tantum modo in duo quadrata, par alterum, alterum impar, discerpi possit,
et
erunt numeri prorsus determinati; manifesto enim
quadrato impari,
pari aequalis statui debet. Praeterea signum ipsius
ita erit stabiliendum, ut fiat
, signumque ipsius
ita, ut habeatur
, uti per ratiocinia iis, quibus in art. praec. usi sumus, prorsus similia facile demonstratur.
His praemissis quinque numeri

,

,

,

,

per

,

et

ita determinantur:

aut si expressiones per

praeferimus, termini schematis

per 16 multiplicati ita se habebunt:
21.
Postquam problema nostrum solvimus, ad disquisitionem principalem revertimur, determinationem completam complexus, ad quem numerus
pertinet, iam aggressuri.
I. Quoties
est formae
, iam constat, numerum
vel in complexu
vel in complexu
inveniri. In casu priori facile perspicitur, etiam numeros
,
ad
pertinere, in posteriori vero ad
. Iam perpendamus, si
et
sint numeri contigui complexus
, etiam
,
tales numeros esse, sive, quod idem est, numeros complexus
tales, quos sequatur numerus ex eodem complexu, binos semper associatos esse,
et
. Talium itaque numerorum multitudo,
, semper erit par, nisi quis exstat sibi ipse associatus, i.e. nisi
ad
pertinet, in quo casu multitudo illa impar erit. Hinc colligimus,
imparem esse, quoties
ad complexum
, parem vero, quoties
ad
pertineat. Sed habemus
sive statuendo
,
(v. art. 14),
Quoniam igitur
manifesto semper par est,
impar erit vel par, prout
par est vel impar, adeoque
vel ad
vel ad
pertinebit, prout
est vel formae
vel formae
. Quod est ipsum theorema, in art. 14 per inductionem inventum.
II. Sed etiam casum alterum, ubi
est formae
, aeque complete absolvere licet. Numerus
hic vel ad
, vel ad
pertinet, perspiciturque facile, in casu priori
ad
ad
, in casu posteriori autem
ad
,
ad
pertinere. Iam perpendamus, si
sit numerus ex
talis, quem sequatur numerus ex
, fore etiam numerum
ex
atque
ex
, i.e. numeros illius proprietatis binos associatos semper adesse. Erit itaque illorum multitudo,
, par, excepto casu, in quo unus eorum sibi ipse associatus est, i.e. ubi
ad
,
ad
pertinet; tunc scilicet
impar erit. Hinc colligimus,
parem esse, quoties
ad
, imparem vero, quoties
ad
pertineat. Sed habemus
sive statuendo
,
,
Erit itaque (13) impar, quoties
par est; contra (13) par erit, quoties
est impar: unde colligimus,
pertinere ad
, quoties
sit formae
, ad
vero, quoties
sit formae
.
Summa harum investigationum ita enunciari potest:
Numerus
pertinet ad complexum
,
,
vel
, prout numerus
est formae
,
,
vel
.
22.
In Disquisitionibus Arithmeticis theoriam generalem divisionis circuli, atque solutionis aequationis
explicavimus, interque alia docuimus, si
sit divisor numeri
, functionem
in
factores ordinis
resolvi posse adiumento aequationis auxiliaris ordinis
. Praeter theoriam generalem huius resolutionis simul casus speciales, ubi
vel
, in illo opere artt. 356-358 seorsim consideravimus, aequationemque auxiliarem a priori assignare docuimus, i.e. absque evolutione schematis residuorum minimorum potestatum alicuius radicis primitivae pro modulo
. Iam vel nobis non monentibus lectores attenti facile percipient nexum arctissimum casus proximi istius theoriae, puta pro
, cum investigationibus hic in artt. 15-20 explicatis, quarum adiumento, ille quoque sine difficultate complete absolvi poterit. Sed hanc tractationem ad aliam occasionem nobis reservamus, ideoque etiam in commentatione praesente disquisitionem in forma pure arithmetica perficere maluimus, theoria aequationis
nullo modo immixta. Contra coronidis loco adhuc quaedam alia theoremata nova pure arithmetica, cum argumento hactenus pertractato arctissime coniuncta, adiiciemus.
23.
Si potestas
secundum theorema binomiale evolvitur, tres termini aderunt, in quibus exponens ipsius
per
divisibilis est, puta
denotando per
coëfficientem medium
Substituendo itaque pro
deinceps numeros
,
,
, obtinebimus per lemma art. 19
At perpendendo ea quae in art. 19 exposuimus, insuperque, quod numeri complexuum
,
,
,
, ad potestatem exponentis
evecti congrui sunt, secundum modulum
, numeris
,
,
,
resp., facile intelligitur fieri
adeoque per schemata in fine artt. 18, 20 tradita
Comparatio horum duorum valorum suppeditat elegantissimum theorema: scilicet habemus
Denotando quatuor producta
resp. per
,
,
,
, theorema praecedens ita exhibetur:
Quum quilibet factorum ipsius
complementum suum ad
habeat in
, erit
, quoties multitudo factorum par est, i.e. quoties
est formae
, contra
, quoties multitudo factorum impar est, sive
formae
. Perinde in casu priori erit
, in posteriori
. In utroque casu erit
, et quum constet, haberi
, erit
, adeoque
. Combinando hanc congruentiam cum theoremate modo invento obtinemus
, et proin, per artt. 19, 20
[1]
Valde memorabile est, discerptionem numeri
in duo quadrata per operationes prorsus directas inveniri posse; scilicet radix quadrati imparis erit residuum absolute minimum ipsius
, radix quadrati paris vero residuum absolute minimum ipsius
secundum modulum
. Expressionem
, cuius valor pro
fit
, pro valoribus maioribus ipsius
, ita quoque exhibere licet:
Sed quum insuper noverimus, quonam signo affecta prodeat ex hac formula radix quadrati imparis, eo scilicet, ut semper fiat formae
, attentione perdignum est, quod simile criterium generale respectu signi radicis quadrati paris hactenus inveniri non potuerit. Quale si quis inveniat, et nobiscum communicet, magnam de nobis gratiam feret. Interim hic adiungere visum est valores numerorum
,
,
, quales pro valoribus ipsius
infra 200 e residuis minimis expressionum
,
,
prodeunt.
COMMENTATIO SECUNDA
24.
In commentatione prima ea, quae ad classificationem biquadraticam numeri
requiruntur, complete absoluta sunt. Dum scilicet omnes numeros per modulum
(qui supponitur esse numerus primus formae
) non divisibiles inter quatuor complexus
,
,
,
distributos concipimus, prout singuli ad potestatem exponentis
evecti congrui fiunt secundum modulum
ipsi
,
,
,
, denotante
radicem alterutram congruentiae
: invenimus, diiudicationem, cuinam complexui adnumerandus sit numerus
, pendere a discerptione numeri
in duo quadrata, ita quidem, ut si statuatur
, denotante
quadratum impar,
quadratum par, si porro signa ipsorum
,
ita accepta supponantur, ut habeatur
,
, numerus
ad complexum
,
,
,
pertinere debeat prout
sit formae
,
,
,
resp.
Sponte quoque hinc demanat regula classificationi numeri
inserviens. Scilicet quum
pertineat ad classem
pro valore pari ipsius
, ad classem
vero pro impari: pertinebit, per theorema art. 7, numerus
ad classem
,
,
,
, prout
est formae
,
,
,
resp.
Haec theoremata etiam sequenti modo exprimi possunt:
Facile intelligitur, theoremata sic enunciata haud amplius pendere a conditione
, sed etiamnum valere, si fuerit
, dummodo conditio altera,
, conservetur.
Aeque facile perspicitur, summam horum theorematum eleganter contrahi posse in formulam unicam, puta:
si
et
positive accipiuntur, semper fit
25.
Videamus nunc, quatenus inductio classificationem numeri 3 indigitet. Tabula art. 11 ulterius continuata (semper adoptata radice primitiva minima), monstrat,
pertinere ad complexum
Primo saltem aspectu nexum simplicem inter valores numerorum
,
, quibus idem complexus respondet, non animadvertimus. At si perpendimus, diiudicationem similem in theoria residuorum quadraticorum per regulam simpliciorem absolvi respectu numeri
, quam respectu numeri
, spes affulget successus aeque secundi in theoria residuorum biquadraticorum. Invenimus autem,
pertinere ad complexum
ubi lex inductionis sponte se offert. Scilicet pertinet
ad complexum
26.
Numerum
adscribendum invenimus complexui
pro
,
,
,
, 
pro
,
,
,
,
,
,
,
,
, 
pro
,
,
,
,
,
, 

pro

,

,

,

,

,

In considerationem vocatis valoribus numerorum
singulis
respondentibus, lex hic aeque facile, ut pro classificatione numeri
, prehenditur. Scilicet incidimus in complexum
Manifestum est, has regulas complecti casus omnes, quum pro
, vel
, fieret
, Q.E.A., quum per hypothesin
sit numerus primus a 5 diversus.
27.
Perinde inductio ad numeros
,
,
,
,
,
applicata satisque producta sequentes regulas indigitat:
Pro numero

Pro numero

Pro numero

Pro numero

Pro numero -19.
Pro numero -23.
28.
Theoremata specialia hoc modo per inductionem eruta confirmari inveniuntur, quousque haec continuetur, formamque criteriorum pulcherrimam manifestant. Si vero inter se conferuntur, ut conclusiones generales inde petantur, primo statim aspectu se offerunt observationes sequentes.
Criteria diiudicationis, ad quemnam complexum referendus sit numerus primus
(sumendo signum superius vel inferius, prout
est formae
vel
), pendent a formis numerorum
,
inter se collatorum respectu moduli
. Scilicet
I. quoties
pertinet ad complexum determinatum, qui est
pro
,
,
, nec non
pro
,
,
,
, unde coniectura oritur, casum priorem generaliter valere, quoties
sit formae
, posteriorem vero, quoties
sit formae
. Ceterum complexus
et
iam absque inductione excluduntur pro valore ipsius
per
divisibili, ubi fit
, i.e. ubi
est residuum quadraticum ipsius
, unde per theorema fundamentale
esse debet residuum quadraticum ipsius
.
II. Quoties autem
per
non est divisibilis, criterium pendet a valore expressionis
. Admittit quidem haec expressio
valores diversos, puta
,
,
,
sed quoties
est formae
, excludendi sunt bini valores expressionis
, qui manifesto nequeunt esse valores expressionis
, quum
semper supponatur esse numerus primus a
diversus. Quapropter multitudo valorum admissibilium expressionis
est
, pro
, dum manet
pro
.
Iam hi valores in quaternas classes distribuuntur, puta, ut quidam, indefinite per
denotandi, respondeant complexui
; alii per
denotandi complexui
; alii
complexui
; denique reliqui
complexui
, ita scilicet, ut
complexui
,
,
,
adscribendus sit, prout habeatur
,
,
,
.
At lex huius distributionis abstrusior videtur, etiamsi quaedam generalia promte animadvertantur. Multitudo in ternis classibus eadem reperitur, puta
vel
, dum in una (et quidem in eadem, quae respondet complexui cum criterio
) unitate minor est, ita ut multitudo omnium criteriorum diversorum respectu singulorum complexuum fiat eadem, puta
vel
. Porro animadvertimus,
semper in prima classe (inter
) reperiri nec non complementa numerorum
,
,
,
ad
, puta
,
,
,
resp. in classe prima, quarta, tertia, secunda. Denique valores expressionum
,
,
,
pertinere videmus ad classem primam, quartam, tertiam, secundam, quoties criterium
respondet complexui
; ad classem tertiam, secundam, primam, quartam resp. autem, quoties criterium
refertur ad complexum
. Sed ad haec fere limitantur, quae per inductionem assequi licet, nisi audacius ea, quae infra e fontibus genuinis haurientur, anticipare nobis arrogemus.
29.
Antequam ulterius progrediamur, observare convenit, criteria pro numeris primis (positive sumtis, si sunt formae
, negative, si formae
) sufficere ad diiudicationem pro omnibus reliquis numeris, si modo theorema art. 7, atque criteria pro
et
in subsidium vocentur. Ita e.g. si desiderantur criteria pro numero
, criteria in art. 25 prolata, quae referuntur ad
, etiamnum pro
valebunt, quoties
est numerus par: contra complexus
,
,
,
cum complexibus
,
,
,
permutandi erunt, quoties
est impar, unde sequuntur praecepta haecce:

pertinet
Perinde criteria pro
petuntur e combinatione criteriorum pro
et
; scilicet

pertinet

vero

Simili modo criteria pro numero
concinnabuntur e criteriis pro
et
; criteria pro
e criteriis pro
,
,
,
, etc.
30.
Amplissimam itaque messem theorematum specialium aperit inductio, theoremati pro numero 2 affinium: sed desideratur vinculum commune, desiderantur demonstrationes rigorosae, quum methodus, per quam in commentatione prima numerum 2 absolvimus, ulteriorem applicationem non patiatur. Non desunt quidem methodi diversae, per quas demonstrationibus pro casibus particularibus potiri liceret, iis potissimum, qui distributionem residuorum quadraticorum inter complexus
,
spectant, quibus tamen non immoramur; quum theoria generalis omnes casus complectens in votis esse debeat. Cui rei quum inde ab anno 1805 meditationes nostras dicare coepissemus, mox certiores facti sumus, fontem genuinum theoriae generalis in campo arithmeticae promoto quaerendum esse, uti iam in art. 1 addigitavimus.
Quemadmodum scilicet arithmetica sublimior in quaestionibus hactenus pertractatis inter solos numeros integros reales versatur, ita theoremata circa residua biquadratica tunc tantum in summa simplicitate ac genuina venustate resplendent, quando campus arithmeticae ad quantitates imaginarias extenditur, ita ut absque restrictione ipsius obiectum constituant numeri formae
, denotantibus
, pro more quantitatem imaginariam
, atque
,
indefinite omnes numeros reales integros inter
et
. Tales numeros vocabimus numeros integros complexos, ita quidem, ut reales complexis non opponantur, sed tamquam species sub his contineri censeantur. Commentatio praesens tum doctrinam elementarem de numeris complexis, tum prima initia theoriae residuorum biquadraticorum sistet, quam ab omni parte perfectam reddere in continuatione subsequente suscipiemus[2].
31.
Ante omnia quasdam denominationes praemittimus, per quarum introductionem brevitati et perspicuitati consuletur.
Campus numerorum complexorum
continet
I. numeros reales, ubi
, et, inter hos, pro indole ipsius
1) cifram
2) numeros positivos
3) numeros negativos
II. numeros imaginarios, ubi
cifrae inaequalis. Hic iterum distinguuntur
1) numeri imaginarii absque parte reali, i.e. ubi
2) numeri imaginarii cum parte reali, ubi neque
neque
.
Priores si placet numeri imaginarii puri, posteriores numeri imaginarii mixti vocari possunt.
Unitatibus in hac doctrina utimur quaternis,
,
,
,
, quae simpliciter positiva, negativa, positiva imaginaria, negativa imaginaria audient.
Producta terna cuiuslibet numeri complexi per
,
,
illius socios vel numeros illi associatos appellabimus. Excepta itaque cifra (quae sibi ipsa așsociata est), semper quaterni numeri inaequales associati sunt.
Contra numero complexo coniunctum vocamus eum, qui per permutationem ipsius
cum
inde oritur. Inter numeros imaginarios itaque bini inaequales semper coniuncti sunt, dum numeri reales sibi ipsi sunt coniuncti, siquidem denominationem ad hos extendere placet.
Productum numeri complexi per numerum ipsi coniunctum utriusque normam vocamus. Pro norma itaque numeri realis, ipsius quadratum habendum est.
Generaliter octonos numeros nexos habemus, puta
ubi duas quaterniones numerorum associatorum, quatuor biniones coniunctorum conspicimus, omniumque norma communis est
. Sed octo numeri ad quatuor inaequales reducuntur, quoties vel
, vel alteruter numerorum
,
.
E definitionibus allatis protinus demanant sequentia:
Producto duorum numerorum complexorum coniunctum est productum e numeris, qui illis coniuncti sunt.
Idem valet de producto e pluribus factoribus, nec non de quotientibus.
Norma producti e duobus numeris complexis aequalis est producto ex horum normis.
Hoc quoque theorema extenditur ad producta e quotcunque factoribus et ad quotientes.
Cuiusvis numeri complexi (excipiendo cifram, quod plerumque abhinc tacite subintelligemus) norma est numerus positivus.
Ceterum nihil obstat, quominus definitiones nostrae ad valores fractos vel adeo irrationales ipsorum
,
extendantur; sed
tunc tantum numerus complexus integer audiet, quando uterque
,
est integer, atque tunc tantum rationalis, quando uterque
,
rationalis est.
32.
Algorithmus operationum arithmeticarum circa numeros complexos vulgo notus est: divisio, per introductionem normae, ad multiplicationem reducitur, quum habeatur
Extractio radicis quadratae perficitur adiumento formulae
si
est numerus positivus, vel huius
si
est numerus negativus. Usui transformationis quantitatis complexae
in
ad calculos facilitandos, non opus est hic immorari.
33.
Numerum integrum complexum, qui in factores duos ab unitatibus diversos[3] resolvi potest, vocamus numerum complexum compositum; contra numerus primus complexus dicetur, qui talem resolutionem in factores non admittit. Hinc statim patet, quemvis numerum compositum realem etiam esse compositum complexum. At numerus primus realis poterit esse numerus complexus compositus, et quidem hoc valebit de numero
atque de omnibus numeris primis realibus positivis formae
(excepto numero 1), quippe quos in bina quadrata positiva decomponi posse constat; puta, fit
,
,
,
etc.
Contra numeri primi reales positivi formae
semper sunt numeri primi complexi. Si enim talis numerus
esset
, foret etiam
, adeoque
: at
unico tantum modo in factores positivos unitate maiores resolvi potest, puta in
, unde esse deberet
, Q.E.A; quum summa duorum quadratorum nequeat esse formae
.
Numeri reales negativi manifesto easdem denominationes servant, quas positivi, idemque valet de numeris imaginariis puris.
Superest itaque, ut inter numeros imaginarios mixtos, compositos a primis dignoscere doceamus, quod fit per sequens
Theorema. Quivis numerus integer imaginarius mixtus
est vel numerus primus complexus, vel numerus compositus, prout ipsius norma est vel numerus primus realis, vel numerus compositus.
Dem. I. Quoniam numeri complexi compositi norma semper est numerus compositus, patet, numerum complexum, cuius norma sit numerus primus realis, necessario esse debere numerum primum complexum. Q. E. P.
II. Si vero norma
est numerus compositus, sit
numerus primus positivus realis illam metiens. Duo iam casus distinguendi sunt.
1) Si
est formae
, constat,
per
divisibilem esse non posse, nisi
simul metiatur ipsos
,
, unde
erit numerus compositus.
2) Si
non est formae
, certo in duo quadrata decomponi poterit: statuemus itaque
. Quum fiat
adeoque per
divisibilis,
certo alterutrum factorem
,
metietur, et quum insuper fiat
adeoque per
divisibilis, patet, in casu priori etiam
, in posteriori
per
divisibilem esse debere. Quare in casu priori
erit numerus integer complexus, in posteriori autem
integer erit. Quum itaque numerus propositus vel per
vel per
divisibilis sit, quotientisque norma
per hyp. ab unitate diversa fiat, patet,
in utroque casu esse numerum complexum compositum. Q. E. S.
34.
Totum itaque ambitum numerorum primorum complexorum exhauriunt quatuor species sequentes:
1) quatuor unitates,
,
,
,
, quas tamen, dum de numeris primis agemus, plerumque tacite subintelligemus exclusas.
2) numerus
cum tribus sociis
,
,
.
3) numeri primi reales positivi formae
cum ternis sociis.
4) numeri complexi, quorum normae sunt numeri primi reales formae
unitate maiores, et quidem cuivis normae tali datae semper octoni numeri primi complexi et non plures respondebunt, quum talis norma unico tantum modo in bina quadrata decomponi possit.
35.
Quemadmodum numeri integri reales in pares et impares distribuuntur, atque illi iterum in pariter pares et impariter pares, ita inter numeros complexos distinctio aeque essentialis se offert: sunt scilicet
vel per
non divisibiles, puta numeri
, ubi alter numerorum
,
est impar, alter par;
vel per
neque vero per
divisibiles, quoties uterque
,
est impar;
vel per
divisibiles, quoties uterque
,
est par.
Numeri primae classis commode dici possunt numeri complexi impares, secundae semipares, tertiae pares.
Productum e pluribus factoribus complexis semper impar erit, quoties omnes factores sunt impares; semipar, quoties unus factor est semipar, reliqui impares; par autem, quoties inter factores vel saltem duo semipares inveniuntur, vel saltem unus par.
Norma cuiusvis numeri complexi imparis est formae
; norma numeri semiparis est formae
; denique norma numeri paris est productum numeri formae
in numerum 4 vel altiorem binarii potestatem.
36.
Quum nexus inter quaternos numeros complexos socios analogus sit nexui inter binos numeros reales oppositos (i.e. absolute aequales signisque oppositis affectos), atque ex his vulgo positivus tamquam primarius merito considerari soleat: quaestio oritur, num similis distinctio inter quaternos numeros complexos socios stabiliri possit, et pro utili haberi debeat. Ad quam decidendam perpendere oportet, principium distinctionis ita comparatum esse debere, ut productum duorum numerorum, qui inter socios suos pro primariis valent, semper fiat numerus primarius inter socios suos. At mox certiores fimus, tale principium omnino non dari, nisi distinctio ad numeros integros restringatur: quinadeo distinctio utilis ad numeros impares limitanda erit. Pro his vero finis propositus duplici modo attingi potest. Scilicet
I. Productum duorum numerorum
,
ita comparatorum, ut
,
sint formae
, atque
,
pares, eadem proprietate gaudebit, ut pars realis fiat
, atque pars imaginaria par. Et facile perspicietur, inter quaternos numeros impares associatos unum solum sub illa forma contentum esse.
II. Si numerus
ita comparatus est, ut
et
vel simul pariter pares sint, vel simul impariter pares, eius productum per numerum complexum eiusdem formae eadem forma gaudebit, facileque perspicitur, e quaternis numeris imparibus associatis unum solum sub hac forma contineri.
Ex his duobus principiis aeque fere idoneis posterius adoptabimus, scilicet inter quaternos numeros complexos impares associatos eum pro primario habebimus, qui secundum modulum
unitati positivae fit congruus: hoc pacto plura insignia theoremata maiori concinnitate enunciare licebit. Ita e.g. sunt numeri primi complexi primarii
,
,
,
,
,
etc., nec non reales
,
,
,
etc. manifesto semper signo negativo afficiendi. Numero complexo impari primario coniunctus quoque primarius erit.
Pro numeris semiparibus et paribus in genere similis distinctio nimis arbitraria parumque utilis foret. E numeris primis associatis
,
,
,
unum quidem prae reliquis pro primario eligere possumus, sed ad compositos talem distinctionem non extendemus.
37.
Si inter factores numeri complexi compositi inveniuntur tales, qui ipsi sunt compositi, atque hi iterum in factores suos resolvuntur, manifesto tandem ad factores primos delabimur, i.e. quivis numerus compositus in factores primos resolubilis est. Inter quos si qui non primarii reperiuntur, singulorum loco substitua tur productum primarii associati per
vel
. Hoc pacto patet, quemvis numerum complexum compositum
reduci posse ad formam
ita ut
,
,
etc. sint numeri primi complexi primarii inaequales, atque
,
,
vel
. Circa hanc resolutionem theorema se offert, unico tantum modo eam fieri posse, quod theorema obiter quidem consideratum per se manifestum videri posset, sed utique demonstratione eget. Ad quam sternit viam sequens
Theorema. Productum
, denotantibus
,
,
etc. numeros primos complexos primarios diversos, divisibile esse nequit per ullum numerum primum complexum primarium, qui inter
,
,
etc. non reperitur.
Dem. Sit
numerus primus complexus primarius inter
,
,
etc. non contentus, sintque
,
,
,
etc. normae numerorum
,
,
,
etc. Hinc facile colligitur, normam numeri
fore
etc., unde hic numerus, si
per
divisibilis esset, per
divisibilis esse deberet. Quum singulae normae sint vel numeri primi reales (e serie
,
,
,
etc.), vel numerorum primorum realium quadrata (e serie
,
,
etc.), sponte patet, illud evenire non posse, nisi
cum aliqua norma
,
,
etc. identica fiat: supponemus itaque
. At quum
,
per hyp. sint numeri primi complexi primarii non identici, facile perspicietur, haec simul consistere non posse, nisi
,
sint numeri complexi imaginarii coniuncti, et proin
numerus primus realis impar, (non quadratum numeri primi): supponemus itaque
,
. Hinc (extendendo notionem et signum congruentiae ad numeros integros complexos) erit
, unde facile colligitur
Quapropter dum
per
divisibilis supponitur, erit etiam
per
divisibilis, adeoque norma huius numeri, quae fit
divisibilis per
. At quum 2 et
per
certo non sint divisibiles, hinc sequi tur,
cum aliquo numerorum
,
etc. identicum esse debere: sit e.g.
. Hinc vero concludimus, esse vel
, vel
, i.e. vel
, vel
, utrumque contra hyp.
Ex hoc theoremate alterum, quod resolutio in factores primos unico tantum modo perfici potest, facillime derivatur, et quidem per ratiocinia iis, quibus in Disquisitionibus Arithmeticis pro numeris realibus usi sumus (art. 16), prorsus analoga: quapropter illis hic immorari superfluum foret.
38.
Progredimur iam ad congruentiam numerorum secundum modulos complexos. Sed in limine huius disquisitionis convenit indicare, quomodo ditio quantitatum complexarum intuitui subiici possit.
Sicuti omnis quantitas realis per partem rectae utrinque infinitae ab initio arbitrario sumendam, et secundum segmentum arbitrarium pro unitate acceptum aestimandam exprimi, adeoque per punctum alterum repraesentari potest, ita ut puncta ab altera initii plaga quantitates positivas, ab altera negativas repraesentent: ita quaevis quantitas complexa repraesentari poterit per aliquod punctum in plano infinito, in quo recta determinata ad quantitates reales refertur, scilicet quantitas complexa
per punctum, cuius abscissa
, ordinata (ab altera lineae abscissarum plaga positive, ab altera negative sumta)
. Hoc pacto dici potest, quamlibet quantitatem complexam mensurare inaequalitatem inter situm puncti ad quod refertur atque situm puncti initialis, denotante unitate positiva deflexum arbitrarium determinatum versus directionem arbitrariam determinatam; unitate negativa deflexum aeque magnum versus directionem oppositam; denique unitatibus imaginariis deflexus aeque magnos versus duas directiones laterales normales.
Hoc modo metaphysica quantitatum, quas imaginarias dicimus, insigniter illustratur. Si punctum initiale per
denotatur, atque duae quantitates complexae
,
ad puncta
,
referuntur, quorum situm relative ad
exprimunt, differentia
nihil aliud erit nisi situs puncti
relative ad punctum
: contria, producto
repraesentante situm puncti
relative ad
, facile perspicies, hunc situm perinde determinari per situm puncti
ad
, ut situs puncti
determinatur per situm puncti cui respondet unitas positiva, ita ut haud inepte dicas, situs punctorum respondentium quantitatibus complexis
,
,
,
formare proportionem. Sed uberiorem huius rei tractationem ad aliam occasionem nobis reservamus. Difficultates, quibus theoria quantitatum imaginariarum involuta putatur, ad magnam partem a denominationibus parum idoneis originem traxerunt (quum adeo quidam usi sint nomine absono quantitatum impossibilium). Si, a conceptibus, quos offerunt varietates duarum dimensionum, (quales in maxima puritate conspiciuntur in intuitionibus spatii) profecti, quantitates positivas directas, negativas inversas, imaginarias laterales nuncupavissemus, pro tricis simplicitas, pro caligine claritas successisset.
39.
Quae in art. praec. prolata sunt, ad quantitates complexas continuas referuntur: in arithmetica, quae tantummodo circa numeros integros versatur, schema numerorum complexorum erit systema punctorum aequidistantium et in rectis aequidistantibus ita dispositorum, ut planum infinitum in infinite multa quadrata aequalia dispertiant. Omnes numeri per numerum complexum datum
divisibiles item infinite multa quadrata formabunt, quorum latera
sive areae
; quadrata posteriora ad priora inclinata erunt, quoties quidem neuter numerorum
,
est
. Cuivis numero per modulum
non divisibili respondebit punctum vel intra tale quadratum situm vel in latere duobus quadratis contiguo; posterior tamen casus locum habere nequit, nisi
,
divisorem communem habent: porro patet, numeros secundum modulum
congruos in quadratis suis locos congruentes occupare. Hinc facile concluditur, si colligantur omnes numeri intra quadratum determinatum siti, nec non omnes qui forte in duobus eius lateribus non oppositis iaceant, denique his adscribatur numerus per
divisibilis, haberi systema completum residuorum incongruorum secundum modulum
, i.e. quemvis integrum alicui ex illis et quidem unico tantum congruum esse debere. Nec difficile foret ostendere, horum residuorum multitudinem aequalem esse moduli normae, puta
. Sed consultum videtur, hoc gravissimum theorema alio modo pure arithmetico demonstrare.
40.
Theorema. Secundum modulum complexum datum
, cuius norma
, et pro quo
,
sunt numeri inter se primi, quilibet integer complexus congruus erit alicui residuo e serie
,
,
,
, et non pluribus.
Demonstr. I. Sint
,
integri tales qui faciant
, unde erit
Proposito itaque numero integro complexo
, habebimus
Quare denotando per
residuum minimum positivum numeri
secundum modulum
, statuendoque
erit
sive
II. Quoties eidem numero complexo duo numeri reales
,
secundum modulum
congrui sunt, etiam inter se congrui erunt. Statuamus itaque
, unde fit
adeoque
nec non, propter
,
Quapropter
et
, siquidem sunt inaequales, ambo simul in complexu numerorum
,
,
,
contenti esse nequeunt. Q. E. S.
41.
Theorema. Secundum modulum complexum
, cuius norma
, et pro quo
,
non sunt inter se primi, sed divisorem communem maximum
habent (quem positive acceptum supponimus), quilibet numerus complexus congruus est residuo
tali, ut
sit aliquis numerorum
, atque
aliquis horum
,
,
,
, et quidem unico tantum inter omnia
residua, quae tali forma gaudent.
Demonstr. I. Accipiendo integros
ita, ut fiat
, erit
. Iam sit
numerus complexus propositus,
residuum minimum positivum ipsius
secundum modulum
, atque
residuum minimum positivum ipsius
secundum modulum
, statuaturque
Hinc erit
i.e. per
divisibilis, sive
Q. E. P.
II. Supponamus, secundum modulum
eidem numero complexo congruos esse duos numeros
,
, qui proin etiam inter se congrui erunt secundum modulum
. A potiori itaque secundum modulum
congrui erunt, adeoque
. Quodsi igitur uterque
,
inter numeros
,
,
,
contentus esse supponitur, necessario debet esse
. Hoc pacto vero etiam fiet
, i.e.
per
, adeoque
integer per
divisibilis, sive
Hinc autem, quum
,
sint numeri inter se primi, concluditur per partem secundam theorematis art. praec.,
etiam per normam numeri
, i.e. per numerum
divisibilem fore, adeoque
per
. Quapropter si etiam uterque
,
in complexu numerorum
,
,
,
contentus esse supponitur, necessario erit
, sive residua
,
identica. Q. E. S.
Ceterum sponte patet, huc quoque referendum esse casum, ubi modulus est numerus realis, puta
, et proin
, nec non eum, ubi modulus est numerus pure imaginarius, puta
, et proin
. In utroque casu habetur
.
42.
Referendo itaque omnes numeros complexos secundum modulum datum inter se congruos ad eandem classem, incongruos ad diversas, omnino aderunt
classes totum numerorum integrorum ambitum exhaurientes, denotante
normam moduli. Complexus totidem numerorum e singulis classibus desumtorum exhibebit systema completum residuorum incongruorum, quale in artt. 40, 41 assignavimus. Et in hocce quidem systemate electio residuorum classes suas quasi repraesentantium innixa erat principio ei, ut in quavis classe adoptaretur residuum
tale, pro quo
habeat valorem minimum, atque inter omnia, quibus idem valor minimus ipsius
inest, id, pro quo valor ipsius
est minimus, exclusis valoribus negativis tum pro
tum pro
. Sed ad alia proposita aliis principiis uti conveniet, imprimisque notandus est modus is, ubi residua talia adoptantur, quae per modulum divisa offerunt quotientes simplicissimos. Manifesto si
,
,
etc. sunt quotientes e divisione numerorum congruorum per modulum oriundi, differentiae tum quantitatum
,
,
etc. inter se erunt numeri integri, tum differentiae inter quantitates
,
,
etc., patetque, semper adesse residuum unum, pro quo
et
iaceant inter limites
et 1, limite priori incluso, posteriori excluso: tale residuum simpliciter vocamus residuum minimum. Si magis placet, loco illorum limitum etiam hi adoptari possunt
et
(altero admisso, altero excluso): residuum tali limitationi respondens absolute minimum dicemus.
Circa haec residua minima offerunt se problemata sequentia.
43.
Residuum minimum numeri complexi dati
secundum modulum
, cuius norma
, invenitur sequenti modo. Si
est residuum minimum quaesitum, erit
residuum minimum producti
secundum modulum
, i.e. secundum modulum
. Statuendo itaque
ita ut
,
sint residua minima numerorum
,
secundum modulum
, erit
sive
Manifesto residua minima
,
vel inter limites
et
, vel inter hos
et
accipi debent, prout numeri complexi vel residuum simpliciter minimum vel absolute minimum desideratur.
44.
Constructio systematis completi residuorum minimorum pro modulo dato pluribus modis effici potest. Methodus prima ita procedit, ut primo determinentur limites, intra quos termini reales iacere debent, ac dein pro singulis valoribus intra hos limites sitis assignentur limites partium imaginariarum. Criterium generale residui minimi
pro modulo
in eo consistit, ut tum
, tum
iaceat inter limites
et
, quoties de residuis simpliciter minimis agitur, vel inter limites
et
, quoties residua absolute minima desiderantur, limite altero excluso. Regulae speciales distinctionem casuum, quos varietas signorum numerorum
,
affert, requirerent, cui tamen evolvendae, quum nulli difficultati obnoxia sit, hic immorari supersedemus: sufficiat, methodi indolem per unicum exemplum exposuisse.
Pro modulo
residua simpliciter minima
ita comparata esse debent, ut tum
, tum
aequetur alicui numerorum
,
,
,
. Aequatio
ostendit, valores positivos ipsius
maiores esse non posse quam
, negativos abstrahendo a signo non maiores quam
. Omnes itaque valores admissibiles ipsius
erunt
,
,
,
,
. Pro
debet esse
aequalis alicui numerorum
,
,
, atque
alicui horum
,
,
,
; hinc valor minimus ipsius
est
, maximus
. Tractando perinde valores reliquos ipsius
, oritur sequens sehema omnium residuorum minimorum:
Simili modo pro residuis absolute minimis,
et
alicui numerorum
,
,
aequales esse debent; hinc
nequit esse extra limites
et
, adeoque
alicui numerorum
,
,
,
,
,
,
aequalis esse debet. Pro
erit
alicui numerorum
,
,
aequalis,
autem alicui horum
,
,
: hinc prodit pro
valor unicus
. Tractando eodem modo valores reliquos ipsius
, habemus schema omnium residuorum absolute minimorum:
45.
In applicatione methodi secundae duos casus distinguere conveniet.
In casu priori, ubi
et
divisorem communem non habent, fiat
, sitque
residuum minimum positivum ipsius
secundum modulum
. Hinc aequationes identicae
docent, esse
,
. Statuendo itaque ut supra
,
, erit
,
. Omnes itaque numeri
, quibus residua simpliciter minima
respondent, habebuntur, dum vel pro
deinceps accipiuntur valores
,
,
,
, et pro
residua minima positiva productorum
secundum modulum
, vel ordine alio pro
illi valores et pro
residua minima productorum
. E singulis
dein respondentes
invenientur per formulam
Ceterum obvium est,
, dum
unitate crescat, vel augmentum
vel decrementum
pati, adeoque
vel mutationem

vel hanc

quae observatio ad constructionem faciliorem reddendam inservit.
Denique patet, si residua absolute minima
desiderentur, haec praecepta eatenus tantum mutari, quatenus ipsi
deinceps tribuendi sint valores inter limites
et
, dum pro
accipere oporteat residua absolute minima productorum
. Ecce conspectum residuorum minimorum pro modulo
hoc modo adornatorum:
Residua simpliciter minima.
Residua absolute minima.
Casum secundum, ubi
,
non sunt inter se primi, facile ad casum praecedentem reducere licet. Sit
divisor communis maximus numerorum
,
, atque
,
. Denotet
indefinite residuum minimum pro modulo
, quatenus tamquam numerus complexus consideratur, i.e. exhibeat indefinite numerum talem
, ut
,
sint vel inter limites
et
, vel inter hos
et
(prout de residuis vel simpliciter vel absolute minimis agitur): denotet porro
indefinite residuum minimum pro modulo
. Tunc erit
indefinite residuum minimum pro modulo
, prodibitque systema completum horum residuorum, dum omnia
cum omnibus
combinantur.
46.
Duo numeri complexi inter se primi dicuntur, si praeter unitates alios divisores communes non admittunt: quoties autem tales divisores communes adsunt, ii divisores communes maximi vocantur, quorum norma maxima est.
Si duorum numerorum propositorum resolutio in factores primos praesto est, determinatio divisoris communis maximi prorsus eodem modo perficitur, ut pro numeris realibus (Disquiss. Ar. art. 18). Simul hinc elucet, omnes divisores communes duorum numerorum datorum metiri debere eorundem divisorem communem maximum hoc modo inventum. Quare quum sponte iam pateat, ternos numeros huic socios etiam esse divisores communes, semper quaterni numeri, et non plures, divisores communes maximi appellandi erunt, horumque norma erit multiplum normae cuiusvis alius divisoris communis.
Si resolutio duorum numerorum propositorum in factores simplices non adest, divisor communis maximus adiumento similis algorithmi eruitur, ut pro numeris realibus. Sint
,
duo numeri propositi, formeturque per divisionem repetitam series
,
etc. ita, ut
sit residuum absolute minimum ipsius
secundum modulum
, dein
residuum absolute minimum ipsius
secundum modulum
et sic porro. Denotando normas numerorum
,
,
,
etc. resp. per
,
,
,
etc., erit
norma quotientis
, adeoque per definitionem residui absolute minimi certo non maior quam
; idem valet de
etc. Quapropter integri reales positivi
,
,
etc. seriem continuo decrescentem formabunt, unde necessario tandem ad terminum
pervenietur, sive, quod idem est, in serie
,
,
,
etc. tandem ad terminum perveniemus, qui praecedentem absque residuo metitur. Sit hic
, statuamusque
etc. usque ad
Percurrendo has aequationes ordine inverso, elucet,
singulos terminos praecedentes
,
,
metiri; percurrendo autem easdem aequationes ordine directo, manifestum est, quemvis divisorem communem numerorum
,
etiam metiri singulos sequentes. Conclusio prior docet,
esse divisorem communem numerorum
,
; posterior autem, hunc divisorem esse maximum.
Ceterum quoties residuum ultimum
alicui quatuor unitatum
,
,
,
aequale evadit, hoc indicium erit,
et
inter se primos esse.
47.
Si aequationes art. praec., omissa ultima, ita combinantur, ut
,
eliminentur, orietur aequatio talis
ubi
,
erunt integri, et quidem, si designatione in Disquiss. Ar. art. 27 introducta uti placet
valentibus signis superioribus vel inferioribus, prout
par est vel impar. Hoc theorema ita enunciamus:
Divisor communis maximus duorum numerorum complexorum
,
redigi potest ad formam
, ita ut
,
sint integri.
Manifesto enim hoc non solum de eo divisore communi maximo valet, ad quem algorithmus art. praec. deduxit, sed etiam de tribus illi associatis, pro quibus loco coëfficientium
,
accipere oportebit vel hos
,
vel
,
, vel
,
.
Quoties itaque numeri
,
inter se primi sunt, satisfieri poterit aequationi
Propositi sint e.g. numeri
,
. Hic invenimus
atque hinc
et proin
nec non
quod calculo instituto confirmatur.
48.
Per praecedentia omnia, quae ad theoriam congruentiarum primi gradus in arithmetica numerorum complexorum requiruntur, praeparata sunt: sed quum illa essentialiter non differat ab ea, quae pro arithmetica numerorum realium locum habet, atque in Disquisitionibus Arithmeticis copiose exposita est, praecipua momenta hic adscripsisse sufficiet.
I. Congruentia
aequivalet aequationi indeterminatae
, et si huic satisfit per valores
, illius solutio generaliter exhibetur per
conditio autem solubilitatis est, ut modulus
cum coëfficiente
divisorem communem non habeat.
II. Solutio congruentiae
in casu eo, ubi
,
sunt inter se primi, pendet a solutione huius
cui si satisfacit
, illius solutio generalis continetur in formula
III. Congruentia
in casu eo, ubi
,
divisorem communem
habent, aequivalet huic
Dum itaque pro
adoptatur divisor communis maximus numerorum
,
, solutio congruentiae propositae ad casum praecedentem reducitur, patetque, ad resolubilitatem requiri et sufficere, ut
etiam differentiam
metiatur.
49.
Hactenus elementaria tantum attigimus, quae tamen nexus caussa omittere non licuit. In disquisitionibus altioribus arithmetica numerorum complexorum arithmeticae realium in eo similis est, quod theoremata elegantiora et simpliciora prodeunt, dum tales modulos, qui sunt numeri primi, solos admittimus: revera illorum extensio ad modulos compositos plerumque prolixior quam difficilior est, et laboris potius quam artis. Quapropter in sequentibus imprimis de modulis primis agetur.
50.
Denotante
functionem indeterminatae
talem
ubi
est integer realis positivus,
,
,
etc. integri reales vel imaginarii,
autem integer complexus: vocabimus hic quoque radicem congruentiae
quemlibet integrum, qui pro
substitutus ipsi
valorem per modulum
divisibilem conciliat. Solutiones per radices secundum modulum congruas non spectabimus tamquam diversas.
Quoties modulus est numerus primus, talis congruentia ordinis
hic quoque plures quam
solutiones diversas admittere non potest. Denotante
integrum quemvis determinatum (complexum),
adiumento divisionis per
indefinite ad formam
reduci potest, ita ut
fiat integer determinatus atque
functio ordinis
cum coëfficientibus integris. Iam quoties
est radix congruentiae
, manifesto
divisibilis erit per
, sive habebitur indefinite
.
Perinde si denotante
integrum determinatum,
ad formam
reducitur,
erit functio ordinis
cum coëfficientibus integris. Si vero
supponitur esse radix congruentiae
, etiam satisfacere debet huic
, nec non huic
, siquidem radices
,
sunt incongruae, unde colligimus, etiam
per
divisibilem esse debere, sive indefinite
.
Simili modo accedente radice tertia
prioribus incongrua, habebimus indefinite
, ita ut
sit functio ordinis
cum coëfficientibus integris. Eodem modo ulterius procedere licet, patetque simul, coëfficientem termini altissimi in singulis functionibus esse
, quem per
non divisibilem esse supponere licet, alioquin enim congruentia
essentialiter ad ordinem inferiorem referenda esset. Quoties itaque adsunt
radices incongruae, puta
, habebimus indefinite
quapropter substitutio novi valoris singulis
incongrui certo ipsi
valorem per
non divisibilem conciliaret, unde theorematis veritas sponte sequitur.
Ceterum haec demonstratio essentialiter convenit cum ea, quam in Disq. Ar. art. 43 tradidimus, et cuius singula momenta pro numeris complexis perinde valent ac pro realibus.
51.
Quae in Sectione tertia Disquisitionum Arithmeticarum circa residua potestatum tradita sunt, ad maximam partem, levibus mutationibus adhibitis, etiam in arithmetica numerorum complexorum valent: quinadeo demonstrationes theorematum plerumque retineri possent. Ne tamen quid desit, theoremata principalia demonstrationibus concisis firmata proferemus, ubi semper subintelligendum est, modulum esse numerum primum.
Theorema. Denotante
integrum per modulum
, cuius norma
, non divisibilem, erit
.
Demonstr. Constituant
,
,
etc. systema completum residuorum incongruorum pro modulo
, ita tamen, ut residuum per
divisibile omissum sit, adeoque multitudo illorum numerorum, quorum complexum denotamus per
, sit
. Sit porro
complexus productorum
,
,
etc. Ex his productis per hyp. nullum erit divisibile per
, quare singula habebunt residua congrua in complexu
, puta fieri poterit
,
,
etc.
, ita ut numeri
,
,
etc. ipsi in complexu
inveniantur: denotemus complexum numerorum
,
,
etc. per
. Sint
,
,
producta e singulis numeris complexuum
,
,
resp., sive
Quum numeri complexus
deinceps congrui sint numeris complexus
, erit
sive
. At quum facile perspiciatur, binos quosvis numeros complexus
inter se incongruos, adeoque omnes inter se diversos esse, necessario numeri complexus
cum numeris complexus
prorsus conveniunt, ordine tantummodo mutato, unde fit
. Erit itaque
numerus per
divisibilis, unde, quum
sit numerus primus singulos factores ipsius
non metiens, necessario
per
divisibilis esse debebit. Q. E. D.
52.
Theorema. Denotante
, ut in art. praec., integrum per modulum
non divisibilem, atque
exponentem minimum (praeter 0
, pro quo
, erit
divisor cuiusvis alius exponentis
, pro quo
.
Demonstr. Si
non esset divisor ipsius
, sit
multiplum ipsius
proxime maius quam
, adeoque
integer positivus minor quam
. Ex
,
, sequitur
, adeoque
, i.e. datur potestas ipsius
cum exponente minori quam
unitati congrua, contra hyp.
Tamquam corollarium hinc sequitur,
certo metiri numerum
.
Numeros tales
, pro quibus
, etiam hic radices primitivas pro modulo
vocabimus: quales revera adesse iam ostendemus.
53.
Resolvatur numerus
in factores suos primos, ita ut habeatur
designantibus
,
,
etc. numeros primos reales positivos inaequales. Sint
,
,
etc. integri (complexi) per
non divisibiles, atque resp. congruentiis
secundum modulum
non satisfacientes, quales dari e theoremate art. 50 manifestum est. Denique sit
congruus secundum modulum
producto
Tunc dico,
fore radicem primitivam.
Demonstr. Denotando per
exponentem infimae potestatis
unitati congruae, erit, si
non esset radix primitiva,
submultiplum ipsius
, sive
integer unitate maior. Manifesto hic integer factores suos primos reales inter hos
,
,
etc. habebit: supponamus itaque, (quod licet),
esse divisibilem per
, statuamusque
. Erit itaque, propter
, etiam
sive
At manifesto
est integer, adeoque
perinde etiam
Iam determinetur integer positivus
talis, ut fiat
quod fieri poterit, quum numerus primus
ipsum
non metiatur, statuaturque
. Manifesto fit
habemus
, atque hinc, quum sponte sit
, etiam
, quod est contra hypothesin. Suppositio itaque,
esse submultiplum ipsius
, consistere nequit, eritque adeo necessario
radix primitiva.
54.
Denotante
radicem primitivam pro modulo
, cuius norma
, termini progressionis
inter se incongrui erunt, unde facile colligitur, quemlibet integrum non divisibilem per modulum uni ex istis congruum esse debere, sive illam seriem exhibere systema completum residuorum incongruorum exclusa cifra. Exponens eius potestatis, cui numerus datus congruus est, vocari potest huius index, dum
tamquam basis consideratur. Ecce quaedam exempla, ubi cuivis indici residuum absolute minimum apposuimus.
Exemplum Primum 
Exemplum secundum
55.
Adiicimus circa radices primitivas et algorithmum indicum quasdam observationes, demonstrationibus propter facilitatem omissis.
I. Indices secundum modulum
congrui in systemate dato residuis secundum modulum
congruis respondent et vice versa.
II. Residua, quae respondent indicibus ad
primis, etiam sunt radices primitivae et vice versa.
III. Si accepta radice primitiva
pro basi, radicis alius primitivae
index est
, et vice versa
index ipsius
, dum
pro basi accipitur, erit
; et si iisdem positis indices cuiusdam alius numeri in his duobus systematibus resp. sunt
,
, erit
,
.
IV. Dum numeri
,
eorumque terni socii (tamquam nimis ieiuni) a modulis nobis considerandis excluduntur, restant numeri primi ii, quos in art. 34 tertio et quarto loco posuimus. Posteriorum normae erunt numeri primi reales formae
; priorum normae autem quadrata numerorum primorum realium imparium: in utroque igitur casu
per
divisibilis est.
V. Denotando indicem numeri
per
, erit
, adeoque vel
, vel
: at quum index
respondeat residuo
, index numeri
necessario debet esse
.
VI. Perinde denotando per
indicem numeri
, erit
, adeoque vel
vel
. Sed hic ambiguitas ab electione radicis primitivae pendet. Scilicet si radice primitiva
pro basi accepta index numeri
est
, index fiet
, dum pro basi accipitur
, designante
integrum positivum formae
ad
primum, e.g. ipsum numerum
, et vice versa. Quare semissis altera radicum primitivarum conciliat numero
indicem
, altera indicem
, manifestoque pro illis basibus
indicem
, pro his indicem
habebit.
VII. Quoties modulus est numerus primus realis positivus formae
, puta
, adeoque
, indices omnium numerorum realium per
divisibiles erunt; denotante enim
indicem numeri realis
, erit, propter
,
, adeoque
integer. Perinde indices numerorum pure imaginariorum ut
per
divisibiles erunt. Patet itaque, radices primitivas pro talibus modulis inter solos numeros mixtos quaerendas esse.
VIII. Contra pro modulo
, qui est numerus primus complexus mixtus, (cuiusque proin norma
est numerus primus realis formae
), radices primitivae quaelibet etiam inter numeros reales eligi possunt, inter quos completum adeo systema residuorum incongruorum monstrare licet (art. 40). Manifesto autem quilibet numerus realis, qui est radix primitiva pro modulo complexo
, simul erit in arithmetica numerorum realium radix primitiva pro modulo
, et vice versa.
56.
Etiamsi theoria residuorum et non-residuorum quadraticorum in arithmetica numerorum complexorum sub ipsa theoria residuorum biquadraticorum contenta sit, tamen antequam ad hanc transeamus, illius theoremata palmaria hic seorsim proferemus: brevitatis vero caussa de solo casu principali, ubi modulus est numerus primus complexus (impar), hic loquemur.
Sit
talis modulus, atque
eius norma. Manifesto quivis integer (per
non divisibilis, quod hic semper subintelligendum) quadrato secundum modulum
congruus fieri vel potest vel non potest, prout illius index, radice aliqua primitiva pro basi accepta, par est vel impar; in casu priori ille integer residuum quadraticum ipsius
dicetur, in posteriori non-residuum. Hinc concluditur, inter
numeros qui systema completum residuorum incongruorum (per
non divisibilium) exhibeant, semissem ad residua quadratica, semissem alteram ad non-residua quadratica referri. Cuivis vero alii numero extra illud systema idem character hoc respectu tribuendus est, quo gaudet numerus systematis illi congruus.
Porro ibinde sequitur, productum e duobus residuis quadraticis, nec non productum e duobus non-residuis esse residuum quadraticum; contra productum e residuo quadratico in non-residuum fieri non-residuum; et generaliter productum e quotcunque factoribus esse residuum quadraticum vel non-residuum, prout multitudo non-residuorum inter factores par sit vel impar.
Pro distinguendis residuis quadraticis a non-residuis statim se offert criterium generale sequens:
Numerus
per modulum non divisibilis huius residuum vel non-residuum quadraticum est, prout habetur vel
, vel
.
Veritas huius theorematis statim inde sequitur, quod, accepta radice primitiva quacunque pro basi, index potestatis
fit vel
vel
, prout index numeri
par est vel impar.
57.
Facile quidem est, pro modulo dato systema residuorum incongruorum completum in duas classes, puta residua et non-residua quadratica distinguere, quo pacto simul omnibus reliquis numeris classes suae sponte assignantur. At longe altioris indaginis est quaestio de criteriis ad distinguendum modulos eos, pro quibus numerus datus est residuum quadraticum, ab iis, pro quibus est non-residuum.
Quod quidem attinet ad unitates reales
et
, hae in arithmetica numerorum complexorum sunt reapse quadrata, adeoque etiam residua quadratica pro quovis modulo. Aeque facile e criterio art. praec. sequitur, numerum
(et perinde
) esse residuum quadraticum cuiusvis moduli, cuius norma
sit formae
, non-residuum vero cuiusvis moduli, cuius norma sit formae
. Quum manifesto nihil intersit, utrum numerus
, an aliquis numerorum ipsi associatorum
,
,
pro modulo adoptetur, supponere licebit, modulum esse associatorum primarium (art. 36, II), adeoque statuendo modulum
, esse
imparem,
parem. Quo pacto quum semper sit
,
vero vel
vel
, prout
sit pariter par vel impariter par, patet numeros
et
in casu priori esse residua quadratica moduli, in posteriori nonresidua.
58.
Quum diiudicatio characteris numeri compositi, utrum sit residuum quadraticum an non-residuum, pendeat a characteribus factorum, manifesto sufficiet, si evolutionem criteriorum ad distinguendos modulos, pro quibus numerus datus
sit residuum quadraticum, ab iis, pro quibus sit non-residuum, ad tales valores ipsius
limitemus, qui sint numeri primi, insuperque inter associatos primarii. In qua investigatione inductio protinus theoremata maxime elegantia suppeditat.
Incipiamus a numero
, qui invenitur esse residuum quadraticum modulorum
,
,
,
,
,
,
,
,
, etc.
non-residuum quadraticum autem sequentium
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
etc.
Si hunc conspectum, in quo semper e quaternis modulis associatis primarium apposuimus, attente examinamus, facile animadvertimus, modulos
in priori classe omnes esse tales, pro quibus
fiat
, in posteriori vero tales, pro quibus
. Manifesto hoc criterium, si loco moduli primarii
adoptamus associatum
, ita immutari debet, ut pro modulis prioris classis sit
, pro modulis posterioris
. Quare, siquidem inductio non fefellerit, generaliter, designante
numerum primum, in quo
impar,
par,
fit eius residuum quadraticum vel non-residuum quadraticum, prout
, vel
.
Pro numero
eadem regula valet, quae pro
. Contra considerando
tamquam productum ex
in
, manifestum est, numero
eundem characterem competere, qui tribuendus sit ipsi
, quoties
sit pariter par, oppositum autem, quoties
sit impariter par, unde facile colligitur,
esse residuum quadraticum numeri primi
, quoties sit
, nonresiduum autem, quoties habeatur
, semper supponendo,
esse imparem,
parem.
Ceterum haec secunda propositio e priori etiam deduci potest adiumento theorematis generalioris, quod ita enunciamus:
In theoria residuorum quadraticorum character numeri
respectu moduli
idem est, qui numeri
respectu moduli
.
Demonstratio huius theorematis inde petitur, quod uterque modulus eandem normam
habet, atque quoties
per
divisibilis est, etiam
per
divisibilis evadit, quoties autem
per
divisibilis est, etiam
per
divisibilis esse debet.
59.
Progrediamur ad numeros primos impares.
Numerum
invenimus esse residuum quadraticum modulorum
,
,
,
,
,
,
,
,
,
etc.
non-residuum autem modulorum
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
etc.
Reducendo modulos prioris classis ad residua eorum absolute minima secundum modulum
, haec sola invenimus
et
, puta
,
,
,
etc.
Contra omnes moduli posterioris classis congrui inveniuntur secundum modulum
vel ipsi
, vel ipsi
.
At numeri
,
ipsi sunt residua quadratica moduli
, atque
et
eiusdem non-residua: quocirca, quatenus inductioni fidem habere licet, prodit theorema: Numerus
est residuum vel non-residuum quadraticum numeri primi
, prout hic est residuum vel non-residuum quadraticum ipsius
, siquidem
est primarius e quaternis associatis, vel potius, si
est impar,
par.
Ceterum ex hoc theoremate sponte sequuntur theoremata analoga circa numeros
,
,
.
60.
Instituendo similem inductionem circa numerum
vel
, invenimus, utrumque esse residuum quadraticum modulorum
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
etc.
non-residuum vero horum
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
etc.
Priores secundum modulum 3 congrui sunt alicui ex his quatuor numeris
,
,
,
; posteriores autem alicui ex his
,
,
,
. Illi sunt ipsa residua quadratica numeri 3, hi non-residua.
Docet itaque haec inductio, numerum primum
, supponendo
imparem,
parem, ad numerum
(nec non ad
) eandem relationem habere, quam hic habet ad illum, quatenus scilicet alter alterius residuum quadraticum sit aut non-residuum.
Extendendo similem inductionem ad alios numeros primos, ubique hanc elegantissimam reciprocitatis legem confirmatam invenimus, deferimurque ad theorema hocce fundamentale circa residua quadratica in arithmetica numerorum complexorum
Denotantibus
,
numeros primos tales, ut
,
sint impares,
,
pares: erit vel uterque alterius residuum quadraticum, vel uterque alterius nonresiduum.
At non obstante summa theorematis simplicitate, ipsius demonstratio magnis difficultatibus premitur, quibus tamen hic non immoramur, quum theorema ipsum sit tantummodo casus specialis theorematis generalioris, summam theoriae residuorum biquadraticorum quasi exhaurientis. Ad hanc igitur iam transeamus.
61.
Quae in art. 2 prioris commentationis de notione residui et non-residui biquadratici prolata sunt, etiam ad arithmeticam numerorum complexorum extendimus, et perinde ut illic etiam hic disquisitionem ad modulos tales, qui sunt numeri primi, restringimus: simul plerumque tacite subintelligendum erit, modulum ita accipi, ut sit inter associatos primarius, puta
secundum modulum
, nec non numeros, de quorum charactere (quatenus sint residua biquadratica vel non-residua) agitur, per modulum non esse divisibiles.
Pro modulo itaque dato numeri per eum non divisibiles in tres classes dispertiri possent, quarum prima contineret residua biquadratica, secunda non-residua biquadratica ea, quae sunt residua quadratica, tertia non-residua quadratica.
Sed hic quoque praestat, loco tertiae classis binas stabilire, ut omnino habeantur quaternae.
Assumta radice quacunque primitiva pro basi, residua biquadratica habebunt indices per 4 divisibiles sive formae
; non-residua ea, quae sunt residua quadratica, habebunt indices formae
; denique non-residuorum quadraticorum indices erunt partim formae
, partim formae
. Hoc modo classes quaternae quidem oriuntur, at distinctio inter binas posteriores non esset absoluta, sed ab electione radicis primitivae pro basi assumtae dependens; facile enim perspicitur, semissem radicum primitivarum non-residuo quadratico dato conciliare indicem formae
, semissem alteram vero indicem formae
. Quam ambiguitatem ut tollamus, supponemus semper talem radicem primitivam adoptari, pro qua index
competat numero
(conf. art. 55, VI). Hoc pacto classificatio oritur, quam concinnius independenter a radicibus primitivis ita enunciare possumus.
Classis prima contineat numeros
eos, pro quibus fit
; hi numeri sunt moduli residua biquadratica.
Classis secunda contineat eos, pro quibus
.
Classis tertia eos, pro quibus
.
Classis quarta denique eos, pro quibus
.
Classis tertia comprehendet non-residua biquadratica ea, quae sunt residua quadratica; inter secundam et quartam non-residua quadratica distributa erunt.
Numeris harum classium tribuemus resp. characteres biquadraticos
,
,
,
. Si characterem
numeri
secundum modulum
ita definimus, ut sit exponens eius potestatis ipsius
, cui numerus
congruus est, manifesto characteres secundum modulum 4 congrui pro aequivalentibus habendi sunt. Ceterum haec notio tantisper ad modulos eos limitatur, qui sunt numeri primi: in continuatione harum disquisitionum ostendemus, quomodo etiam modulis compositis adaptari possit.
62.
Quo facilius inductio copiosa circa numerorum characteres adstrui possit, tabulam compendiosam hic adiungimus, cuius auxilio character cuiusvis numeri propositi respectu moduli, cuius norma valorem 157 non transscendit, levi opera obtinetur, dummodo ad observationes sequentes attendatur.
Quum character numeri compositi aequalis sit (sive secundum modulum 4 congruus) aggregato characterum singulorum factorum, sufficit, si pro modulo dato characteres numerorum primorum assignare possumus. Porro quum characteres unitatum
,
,
manifesto sint congrui numeris
,
,
secundum modulum 4, etiam sufficiet, characteres numerorum inter associatos primariorum exhibuisse. Denique quam moduli secundum modulum
congrui eundem characterem habeant, sufficit, characteres talium numerorum in tabulam recipere, qui continentur in systemate residuorum absolute minimorum. Praeterea per ratiocinium simile ut in art. 58 demonstratur, si pro modulo
character numeri
sit
, pro modulo
autem
sit character numeri
, semper esse
, sive
per 4 divisibilem: quapropter sufficit, in tabulam recipere modulos, in quibus
est vel
vel positivus.
Ita e.g. si quaeritur character numeri
respectu moduli
, substituimus loco horum numerorum hosce
,
; dein determinamus (art. 43) residuum absolute minimum numeri
secundum modulum
, quod fit
; quare quum pro modulo
character ipsius
sit
, character numeri
autem, ex tabula,
, erit
sive
character numeri
pro modulo
, et proin per observationem ultimam etiam character numeri
pro modulo
. Perinde si quaeritur character numeri
respectu moduli
, illius residuum absolute minimum
resolvitur in factores
,
,
, quibus respondent characteres
,
,
, unde character quaesitus erit
sive
; idem character etiam numero
respectu moduli
tribuendus est.
63.
Operam nunc dabimus, ut criteria communia modulorum, pro quibus numerus primus datus characterem eundem habet, per inductionem detegamus. Modulos semper supponimus primarios inter associatos, puta tales
, pro quibus vel
,
, vel
,
.
Respectu numeri
, a quo initium facimus, inductionis lex facilius arripitur, si modulos prioris generis (pro quibus
,
) a modulis posterioris generis (pro quibus
,
) separamus. Adiumento tabulae art. praec. invenimus respondere
Si haec septemdecim exempla attente consideramus, in omnibus invenimus characterem
.
Perinde respondet
In omnibus his viginti exemplis, levi attentione adhibita, invenitur character
.
Facile has duas regulas in unam pro utroque modulorum genere valentem contrahere licet, si perpendimus,
esse pro modulis prioris generis
, pro modulis posterioris generis
. Est itaque character numeri
respectu moduli cuiusvis primi inter associatos primarii
.
Obiter hic annotare convenit, quum
semper sit formae
, sive
par, characterem istum semper parem vel imparem fieri, prout
par sit vel impar, quod quadrat cum regula pro charactere quadratico in art. 58 prolata.
Quum
,
sint integri, quorum alter par, alter impar, ipsorum productum par erit, sive
. Hinc loco expressionis allatae pro charactere biquadratico haec quoque adoptari potest
quae forma eo quoque nomine se commendat, quod non restringitur ad modulos primarios, sed tantummodo supponit;
esse imparem,
parem: manifesto enim in hac suppositione vel
, vel
erit numerus inter associatos primarius, valorque istius formulae pro utroque modulo idem.
64.
Proficiscendo a regula ultima in art. praec. eruta invenimus esse
Hoc statim inde sequitur, quod character ipsius
est
, character ipsius
autem
, quum
semper sit formae
. Manifesto hae quatuor regulae, etiamsi hactenus ab inductione mutuatae sint, ita inter se sunt nexae, ut quamprimum unius demonstratio absoluta fuerit, tres reliquae simul sint demonstratae. Vix opus est monere, etiam in his regulis tantummodo supponi
imparem,
parem.
Si formulas ad modulos primarios restrictas adhibere non displicet, hac forma uti possumus. Est
Formulae simplicissimae prodeunt, si, ut initio inductionis nostrae feceramus, modulos primi et secundi generis distinguimus. Est scilicet character
65.
Pro numero
, ad quem iam progredimur, eandem distinctionem inter modulos
eos, pro quibus
,
, atque eos, pro quibus
,
quoque adhibebimus. Tabula art. 62 docet, respectu illius numeri respondere
Revocatis singulis his modulis ad residua absolute minima secundum modulum
, animadvertimus, omnes, quibus respondet character
, esse
; eos, quibus character 1 respondet,
; eos, quorum character est 2, fieri
; denique omnes, quorum character est 3, fieri
. At characteres numerorum
,
,
,
pro modulo
ipsi sunt
,
,
,
resp.; quapropter in omnibus his 17 exemplis character numeri
respectu moduli prioris generis
, cum charactere huius numeri respectu moduli
identicus est.
Perinde adiumento tabulae invenitur, respondere
Revocatis his modulis ad residua minima secundum modulum
, omnia, quibus resp. characteres
,
,
,
respondent, congrua inveniuntur numeris
,
,
,
; his vero ipsis numeris, si vice versa
pro modulo adoptatur, competunt characteres
,
,
,
resp. Quapropter in omnibus his 19 exemplis character numeri
respectu moduli secundi generis duabus unitatibus differt a charactere huius numeri respectu numeri
pro modulo habiti.
Ceterum nullo negotio perspicitur, prorsus similia respectu numeri
locum habitura esse.
66.
Pro numero
distinctionem inter modulos primi generis et secundi omittimus, quum eventus doceat, illam hic superfluam esse. Respondet itaque
Revocatis his modulis ad residua minima secundum modulum
, videmus, eos, quibus respondet character
, esse partim
, partim
; eos, quorum character est
, fieri vel
, vel
: eos, quorum character est
, fieri vel
, vel
; denique eos, quibus competit character
, esse vel
, vel
. Ex hac itaque inductione colligimus, characterem numeri
pro modulo, qui est numerus primus inter associatos primarius, identicum esse cum charactere huius ipsius numeri, dum
, sive, quod eodem redit,
tamquam modulus consideratur.
67.
Simili inductione circa alios numeros primos instituta, invenimus, numeros
,
,
,
etc. suppeditare theoremata ei similia, ad quod in art. 65 respectu numeri
pervenimus; contra numeros
,
,
,
,
etc. perinde se habere ut numerum
. Inductio itaque perducit ad elegantissimum theorema, quod ad instar theoriae residuorum quadraticorum in arithmetica numerorum realium Theorema fundamentale theoriae residuorum biquadraticorum nuncupare liceat, scilicet:
Denotantibus
,
numeros primos diversos inter associatos suos primarios, i.e. secundum modulum
unitati congruos, character biquadraticus numeri
respectu moduli
identicus erit cum charactere numeri
respectu moduli
, si vel uterque numerorum
,
, vel alteruter saltem, ad primum genus refertur, i.e. secundum modulum 4 unitati congruus est: contra characteres illi duabus unitatibus inter se different, si neuter numerorum
,
ad primum genus refertur, i.e. si uterque secundum modulum 4 congruus est numero
.
At non obstante summa huius theorematis simplicitate, ipsius demonstratio inter mysteria arithmeticae sublimioris maxime recondita referenda est, ita ut, saltem ut nunc res est, per subtilissimas tantummodo investigationes enodari possit, quae limites praesentis commentationis longe transgrederentur. Quamobrem promulgationem huius demonstrationis, nec non evolutionem nexus inter hoc theorema atque ea, quae in initio huius commentationis per inductionem stabilire coeperamus, ad commentationem tertiam nobis reservamus. Coronidis tamen loco iam hic trademus, quae ad demonstrationem theorematum in artt. 63, 64 propositorum requiruntur.
68.
Initium facimus a numeris primis
talibus, pro quibus
(tertia specie art. 34 ), ubi itaque (ut numerus inter associatos primarius sit) a debet esse numerus primus realis negativus formae
, pro quo scribemus
, quales sunt
,
,
,
etc. Denotando per
characterem numeri
, illo numero pro modulo accepto, esse debet
Sed constat, 2 esse residuum quadraticum, vel non-residuum quadraticum ipsius
, prout
sit formae
, vel formae
, unde colligimus, esse generaliter
adeoque evehendo ad potestatem exponentis
Aequatio itaque praecedens hanc formam induit
unde sequitur
sive quum habeatur
,
. Quod est ipsum theorema art. 63 pro casu
.
69.
Longe vero difficilius absolvuntur moduli
tales, pro quibus non est
(numeri quartae speciei art. 34 ), pluresque disquisitiones erunt praemittendae. Normam
, quae erit numerus primus realis formae
, designabimus per
.
Denotetur per
complexus omnium residuorum simpliciter minimorum pro modulo
, exclusa cifra, ita ut multitudo numerorum in
contentorum sit
. Designet
indefinite numerum huius systematis, statuaturque
,
. Erunt itaque
,
integri inter limites
et
exclusive contenti: in casu praesente enim, ubi
,
inter se primi sunt, formulae art. 45, puta
,
docent, neutrum numerorum
,
esse posse
, nisi alter simul evanescat, adeoque fiat
,
, quam combinationem iam eiecimus. Criterium itaque numeri
in
contenti, consistit in eo, ut quatuor numeri
,
,
,
sint positivi.
Praeterea observamus pro nullo tali numero esse posse
; hinc enim sequeretur
, quod est absurdum, quum nullus factorum
,
,
per
divisibilis sit. Simili ratione aequatio
docet, esse non posse
. Quapropter quum numeri
,
esse debeant vel positivi vel negativi, hinc petimus subdivisionem systematis
in quatuor complexus
,
,
,
, puta ut coniiciantur
Criterium itaque numeri complexus
proprie sextuplex est, puta sex numeri
,
,
,
,
,
positivi esse debent; sed manifesto conditiones 2, 5 et 6 iam sponte implicant reliquas. Similia circa complexus
,
,
valent, ita ut criteria completa sint triplicia, puta
Ceterum vel nobis non monentibus quisque facile intelliget, in repraesentatione figurata numerorum complexorum (vid. art. 39) numeros systematis
intra quadratum contineri, cuius latera iungant puncta numeros
,
,
,
repraesentantia, et subdivisionem systematis
respondere partitioni quadrati per rectas diagonales. Sed hocce loco ratiocinationibus pure arithmeticis uti maluimus, illustrationem per intuitionem figuratam lectori perito brevitatis caussa linquentes.
70.
Si quatuor numeri complexi
,
,
,
ita inter se nexi sunt, ut habeatur
,
,
, atque primus
ad complexum
pertinere supponitur, reliqui
,
,
resp. ad complexus
,
,
pertinebunt. Statuendo enim
,
,
,
,
,
,
,
, invenitur
unde adiumento criteriorum theorematis veritas sponte demanat. Et quum rursus fiat
, facile perspicietur, si
supponatur pertinere ad
, numeros
,
,
pertinere resp. ad
,
,
; si ille ad
, hos ad
,
,
; denique si ille ad
, hos ad
,
,
.
Simul hinc colligitur, in singulis complexibus
,
,
,
aeque multos numeros reperiri, puta
.
71.
Theorema. Si denotante
integrum per
non divisibilem singuli numeri complexus
per
multiplicantur, productorumque residuis simpliciter minimis secundum modulum
inter complexus
,
,
,
distributis, multitudo eorum, quae ad singulos hos complexus pertinent, resp. per
,
,
,
denotatur: character numeri
respectu moduli
erit
.
Demonstr. Sint illa
residua minima ad
pertinentia
,
,
,
etc.; dein
residua ad
pertinentia haec
,
,
,
etc.; porro
residua ad
pertinentia haec
,
,
,
etc.; denique
residua ad
pertinentia haec
,
,
,
etc. Iam consideremus quatuor producta, scilicet
- productum ex omnibus
numeris complexum
constituentibus:
- productum productorum, quae e multiplicatione singulorum horum numerorum per
orta erant;
- productum e residuis minimis horum productorum, puta e numeris
,
,
,
etc.,
,
etc. etc.
- productum ex omnibus
numeris
,
,
,
etc.,
,
,
,
etc.,
,
,
,
etc.,
,
,
,
etc.
Denotando haec quatuor producta ordine suo per
,
,
,
, manifesto erit
et proin
At facile perspicietur, numeros
,
,
,
etc.,
,
,
,
etc.,
,
,
,
etc. omnes ad complexum
pertinere, atque tum inter se tum a numeris
,
,
,
etc. diversos esse, sicuti hi ipsi inter se diversi sint. Omnes itaque hi numeri simul sumti, et abstrahendo ab ordine, prorsus identici esse debent cum omnibus numeris complexum
constituentibus, unde colligimus
, adeoque
Denique quum singuli factores producti
per
non sint divisibiles, hinc concluditur
unde
erit character numeri
respectu moduli
. Q. E. D.
72.
Quo theorema generale art. praec. ad numerum
applicari possit, complexum
denuo in duos complexus minores
et
subdividere oportet, et quidem referemus in complexum
numeros eos
, pro quibus
minor est quam
, in alterum
eos, pro quibus
est maior quam
; multitudinem numerorum in complexibus
,
contentorum resp. per
,
denotabimus, unde erit
.
Criterium completum numerorum ad
pertinentium itaque erit, ut tres numeri
,
,
sint positivi: nam conditio tertia pro complexu
, secundum quam
positivus esse debet, sub illis implicite iam continetur, quum sit
. Perinde criterium completum numerorum ad
pertinentium consistet in valoribus positivis trium numerorum
,
,
.
Hinc facile concluditur, productum cuiusvis numeri complexus
per numerum
pertinere ad complexum
; si enim statuitur
i.e. criterium pro numero
complexui
subdito identicum est cum criterio pro numero
ad complexum
pertinente.
Prorsus simili modo ostenditur, productum cuiusvis numeri complexus
per
pertinere ad complexum
.
Erit itaque, si in art. praec. ipsi
valorem
tribuimus,
,
,
,
, et proin character numeri
fiet
. Et quum characteres numerorum
,
, sint
,
, characteres numerorum
,
,
resp. erunt
,
. Totus igitur rei cardo iam in investigatione numeri
vertitur.
73.
Quae in artt. 69-72 exposuimus, proprie independentia sunt a suppositione,
esse numerum primarium: abhinc vero saltem supponemus,
imparem,
parem esse, praetereaque
,
et
esse numeros positivos. Ante omnia limites valorum ipsius
in complexu
stabilire oportet.
Statuendo
,
,
, criterium numerorum
ad complexum
pertinentium consistit in tribus conditionibus, ut
,
,
sint numeri positivi. Quum fiat
,
, manifestum est,
et
esse debere numeros positivos, sive
alicui numerorum
,
,
aequalem. Porro quum sit
, patet, quamdiu
minor sit quam
, conditionem secundam (iuxta quam
positivus esse debet) iam implicare tertiam (quod
debet esse positivus); contra quoties
sit maior quam
, conditionem secundam iam contineri sub tertia. Quamobrem pro valoribus ipsius
his
,
,
tantummodo prospiciendum est, ut
et
positivi evadant, sive ut
maior sit quam
et minor quam
: pro valore itaque tali dato ipsius
aderunt numeri
omnino
si uncis in eadem significatione utimur, qua iam alibi passim usi sumus (Conf. Theorematis arithm. dem. nova art. 4 et Theorematis fund. in doctr. de residuis quadr. etc. Algorithm. nov. art. 3). Contra pro valoribus ipsius
his
,
sufficiet, ut ipsis
et
valores positivi concilientur, sive ut
maior sit quam
et minor quam
sive
: quare pro valore tali dato ipsius
aderunt numeri
omnino
Hinc itaque colligimus, multitudinem numerorum complexus
esse
ubi in termino primo summatio extendenda est per omnes valores integros ipsius
ab
usque ad
, in secundo ab
usque ad
, in tertio ab
usque ad
.
Si characteristica
in eadem significatione utimur, ut loco citato (Theorematis fund. etc. Algor. nov. art. 3), puta ut sit
denotantibus
,
numeros positivos quoscunque, atque
numerum
, terminus ille primus fit
, tertius
; secundus vero fit
Sed fit, scribendo terminos inverso ordine,
Formula itaque nostra sequentem induit formam:
Consideremus primo terminum
, qui protinus transmutatur in
sive in
Dein quum per theorema generale fiat
, dum
sunt integri positivi inter se primi, habemus
adeoque
Disponamus partes ipsius
sequenti modo
Series secunda manifesto fit
seriem primam ordine terminorum inverso ita exhibemus:
quae expressio, quum denotante
numerum integrum,
fractum, generaliter sit
, mutatur in sequentem
Hinc fit
et proin
Substituendo hunc valorem in formula pro
supra tradita, insuperque
, obtinemus
74.
Per ratiocinia prorsus similia absolvitur casus is, ubi manentibus
,
positivis
est negativus sive
positivus. Aequationes
,
docent,
atque
positivos, et proin
alicui numerorum
,
,
aequalem esse debere. Porro ex aequatione
sequitur, pro valoribus negativis ipsius
conditionem, ex qua
debet esse positivus, iam contineri sub conditione, ex qua
debet esse positivus, contrarium vero evenire, quoties ipsi
valor positivus tribuatur. Hinc valores ipsius
pro valore determinato negativo ipsius
inter
et
, contra pro valore positivo ipsius
inter
et
contenti esse debent: manifesto pro
hi limites sunt
et
, valore
ipso excluso. Hinc colligitur
ubi in termino primo summatio extendenda est per omnes valores negativos ipsius
inde a
usque ad
; in secunda per omnes valores ipsius
inde a
usque ad
; in tertia per omnes valores positivos ipsius
inde a
usque ad
: hoc pacto e summatione prima prodit
, e secunda perinde ut in art. praec.
, denique e tertia
, sive habetur
Iam simili modo ut in art. praec. evolvitur
nec non
adeoque
tandemque
Evictum est itaque, eandem formulam pro
valere, sive sit
positivus sive negativus, dummodo
,
sint positivi.
75.
Ut reductionem ulteriorem assequamur, statuemus
Quum facile perspiciatur, haberi generaliter
, quamcunque quantitatem realem denotet
, fit
, et quum manifesto sit
, erit
Porro autem obvium est, aggregatum termini primi seriei
cum penultimo termino seriei
, puta
fieri
, atque eandem summam effici e termino secundo seriei
cum antepenultimo seriei
, et sic porro: quare quum etiam terminus ultimus seriei
fiat
, ultimus vero terminus seriei
sit
, valente signo superiori vel inferiori, prout
est formae
vel
: erit
et proin
Formula itaque pro
in artt. 73 et 74 inventa, transit in sequentem
statuendo
, ubi
erit integer. Sed quum hinc habeatur
, formula haec etiam sequenti modo exhiberi potest:
Quapropter quum
sit character numeri
pro modulo
, hic character fit
, quod est ipsum theorema supra (art.64) per inductionem erutum, sponteque inde demanant theoremata circa characteres numerorum
,
,
. Quamobrem haec quatuor theoremata, pro casu eo, ubi
et
sunt positivi, iam rigorose sunt demonstrata.
76.
Si manente
positivo
est negativus, statuatur
, ut fiat
positivus. Quum iam evictum sit, ita pro modulo
characterem numeri
esse
, character numeri
pro modulo
per theorema in art. 62 prolatum erit
, i.e. character numeri
pro modulo
fit
: hoc vero est ipsum theorema in art. 64 allatum, unde tria reliqua circa characteres numerorum
,
,
sponte demanant. Quapropter ista theoremata etiam pro casu, ubi
negativus est, demonstrata sunt, scilicet pro omnibus casibus, ubi
est positivus.
Denique si
est negativus, statuatur
. Quum itaque per iam demonstrata character numeri
respectu moduli
sit
, nihilque intersit, utrum numerum
an oppositum
moduli loco habeamus; manifesto character numeri
respectu moduli
est
, et similia valent circa characteres numerorum
,
,
.
Ex his itaque colligitur, demonstrationem theorematum circa characteres numerorum
,
,
,
(artt. 63. 64) nulli amplius limitationi obnoxiam esse.