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  • 超-4运算在 Z/nZ 上的收敛性 – 欧拉函数与扩展欧拉定理

    扩展欧拉定理揭示了对于任意模数 $n$,有
    $$
    a^b\bmod n=\begin{cases}
    a^b,&b<\varphi(n)\\
    a^{b\bmod \varphi(n)+\varphi(n)},&\text{otherwise}
    \end{cases}.
    $$

    我们又知道若分解质因数 $x=\sum p_i^{c_i}$,则 $\varphi(x)=x\prod (p_i-1)/p_i$。则若 $x>1$,若 $2\mid x$,$\varphi(x)\leq x/2$;否则,$2\mid\varphi(x)$。记 $\varphi^{(k)}(x)=\underbrace{\varphi(\varphi(\cdots\varphi(}_{k\text{ layers}}x)\cdots))$,则 $\newcommand\bigO{\operatorname{O}}\bigO(\log n)$ 级别的 $k$ 就能使其收敛到 $1$。

    因此对于 $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$ 上的超-4运算 $a_1^{a_2^{a_3^{⋰}}}$,结合扩展欧拉定理得到,在指数塔的 $\bigO(\log n)$ 层就将得到 $\bmod\varphi(1)+\varphi(1)\equiv 1$ 的指数。从而它是收敛的。 (更多…)