- Source: Teorema Wilson
Dalam teori bilangan, Teorema Wilson menyatakan bahwa bilangan bulat n > 1 adalah bilangan prima jika dan hanya jika perkalian semua bilangan bulat positif yang lebih kecil dari n mempunyai selisih 1 dengan suatu kelipatan dari n. Dengan menggunakan faktorial
(
n
−
1
)
!
=
1
×
2
×
3
×
⋯
×
(
n
−
1
)
{\displaystyle (n-1)!=1\times 2\times 3\times \cdots \times (n-1)}
dan menggunakan notasi aritmetika modular, teorema ini dapat dituliskan sebagai
(
n
−
1
)
!
≡
−
1
(
mod
n
)
{\displaystyle (n-1)!\ \equiv \;-1{\pmod {n}}}
benar jika dan hanya jika n adalah bilangan prima. Dengan bahasa lain, n adalah bilangan prima jika dan hanya jika (n − 1)! + 1 habis dibagi oleh n.
Sejarah
Teorema ini dinyatakan oleh Ibnu Haitham (sekitar 1000 M), dan pada abad ke-19 oleh John Wilson. Edward Waring mengumumkan teorema tersebut pada tahun 1770, walau dia maupun muridnya, Wilson, dapat membuktikannya. Langrage memberikan bukti pertama pada tahun 1771. Terdapat bukti bahwa Leibniz juga menyadari bukti teorema tersebut satu abad sebelumnya, tetapi ia tidak pernah mempublikasikannya.
Contoh
Untuk bilangan n dari 2 sampai 30, tabel berikut berisi bilangan (n − 1)! dan sisa pembagiannya dengan n. Warna latar biru digunakan untuk n termasuk bilangan prima, dan emas untuk bilangan komposit.
Bukti
Semua pembuktian berikut menggunakan fakta bahwa kelas residu modulo bilangan prima adalah suatu lapangan—lihat artikel lapangan prima untuk detailnya. Teorema Lagrange yang menyatakan bahwa setiap lapangan polinomialberderajat n memiliki maksimal n akar, digunakan dalam semua pembuktian.
= Modulus komposit
=Jika
n
{\displaystyle n}
adalah bilangan komposit, maka ia dapat dibagi dengan suatu bilangan prima
q
{\displaystyle q}
yang terletak diantara
2
≤
q
≤
n
−
2
{\displaystyle 2\leq q\leq n-2}
. Karena
q
{\displaystyle q}
membagi
n
{\displaystyle n}
, misalkan
n
=
q
k
{\displaystyle n=qk}
untuk suatu bilangan bulat
k
{\displaystyle k}
. Dengan menggunakan kontradiksi, anggaplah
(
n
−
1
)
!
≡
−
1
(
mod
n
)
{\displaystyle (n-1)!\equiv -1\,({\text{mod}}\,n)}
untuk
n
{\displaystyle n}
komposit. Karena
q
{\displaystyle q}
adalah faktor dari
n
{\displaystyle n}
, maka berlaku
(
n
−
1
)
!
≡
−
1
(
mod
q
)
{\displaystyle (n-1)!\equiv -1\,({\text{mod}}\,q)}
. Namun
q
{\displaystyle q}
juga faktor dari
(
n
−
1
)
!
{\displaystyle (n-1)!}
, sehingga juga berlaku
(
n
−
1
)
!
≡
0
(
mod
q
)
{\displaystyle (n-1)!\equiv 0\,({\text{mod}}\,q)}
. Terjadi kontradiksi, dan dapat disimpulkan
(
n
−
1
)
!
≡
−
1
(
mod
n
)
{\displaystyle (n-1)!\equiv -1\,({\text{mod}}\,n)}
hanya terjadi jika
n
{\displaystyle n}
bilangan prima.
Aplikasi
= Uji keprimaan
=Walaupun dapat digunakan sebagai salah satu uji keprimaan, pada praktiknya teorema Wilson tidak pernah dipakai. Hal disebabkan karena menghitung nilai (n − 1)! modulo n untuk bilangan n yang besar secara komputasional berat, dan karena ada banyak uji keprimaan yang lebih cepat.
Residu kuadratik
Dengan menggunakan teorema Wilson, kita dapat mengubah ruas kiri setiap bilangan prima ganjil
p
=
2
m
+
1
{\displaystyle p=2m+1}
di
1
⋅
2
⋯
(
p
−
1
)
≡
−
1
(
mod
p
)
{\displaystyle 1\cdot 2\cdots (p-1)\ \equiv \ -1\ {\pmod {p}}}
untuk mendapatkan persamaan
1
⋅
(
p
−
1
)
⋅
2
⋅
(
p
−
2
)
⋯
m
⋅
(
p
−
m
)
≡
1
⋅
(
−
1
)
⋅
2
⋅
(
−
2
)
⋯
m
⋅
(
−
m
)
≡
−
1
(
mod
p
)
.
{\displaystyle 1\cdot (p-1)\cdot 2\cdot (p-2)\cdots m\cdot (p-m)\ \equiv \ 1\cdot (-1)\cdot 2\cdot (-2)\cdots m\cdot (-m)\ \equiv \ -1{\pmod {p}}.}
Bentuk tersebut dapat dinyatakan sebagai
∏
j
=
1
m
j
2
≡
(
−
1
)
m
+
1
(
mod
p
)
{\displaystyle \prod _{j=1}^{m}\ j^{2}\ \equiv (-1)^{m+1}{\pmod {p}}}
atau
(
m
!
)
2
≡
(
−
1
)
m
+
1
(
mod
p
)
.
{\displaystyle (m!)^{2}\equiv (-1)^{m+1}{\pmod {p}}.}
Bentuk ini dapat digunakan untuk membuktikan teorema terkenal: untuk setiap bilangan prima
p
{\displaystyle p}
yang memenuhi
p
≡
1
(
mod
4
)
{\displaystyle p\equiv 1\,({\text{mod}}\,4)}
, bilangan
−
1
{\displaystyle -1}
adalah residu kuadratik modulo
p
{\displaystyle p}
. Untuk membuktikannya, anggap
p
=
4
k
+
1
{\displaystyle p=4k+1}
untuk suatu nilai
k
{\displaystyle k}
. Dengan mengambil
m
=
2
k
{\displaystyle m=2k}
dan menggunakan bentuk diatas, kita dapatkan
−
1
{\displaystyle -1}
kongruen dengan
(
m
!
)
2
{\displaystyle (m!)^{2}}
.
= Persamaan untuk bilangan prima
=Teorema Wilson telah digunakan untuk mengonstruksi persamaan bilangan prima, namun metode tersebut terlalu lambat untuk kegunaan praktis.
= Fungsi gamma p-adic
=Teorema Wilson dapat digunakan untuk mendefinisikan fungsi gamma p-adic.
Generalisasi Gauss
Gauss membuktikan bahwa
∏
k
=
1
gcd
(
k
,
m
)
=
1
m
k
≡
{
−
1
(
mod
m
)
if
m
=
4
,
p
α
,
2
p
α
1
(
mod
m
)
otherwise
{\displaystyle \prod _{k=1 \atop \gcd(k,m)=1}^{m}\!\!k\ \equiv {\begin{cases}-1{\pmod {m}}&{\text{if }}m=4,\;p^{\alpha },\;2p^{\alpha }\\\;\;\,1{\pmod {m}}&{\text{otherwise}}\end{cases}}}
dengan
p
{\displaystyle p}
menyatakan bilangan prima ganjil, dan
α
{\displaystyle \alpha }
menyatakan bilangan bulat positif. Nilai
m
{\displaystyle m}
yang menyebabkan hasil perkalian
−
1
{\displaystyle -1}
adalah bilangan yang memiliki akar primitif modulo m.
Hal ini memperumum faktr bahwa untuk setiap grup abelian finite, antara hasil perkalian semua elemennya adalah elemen identitas, atau terdapat tepat satu elemen
a
{\displaystyle a}
berorde dua (namun tidak keduanya). Pada kasus yang kedua, hasil perkalian semua elemen adalah elemen
a
{\displaystyle a}
.
Referensi
Kata Kunci Pencarian:
- Teorema Wilson
- Wilson
- Teorema Sylow
- Bilangan prima
- Teorema binomial
- Teorema empat warna
- Teorema Euler
- Teorema Stokes rampat
- Teorema dasar kalkulus
- Daftar topik faktorial dan binomial
- Wilson's theorem
- List of British films of 2024
- Roy Dupuis
- Terence Stamp
- Jessica Chastain
- Pininfarina
- List of film director–composer collaborations
- List of Relativity Media films
- Postmodernist film
- Enrico Fermi
