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Cipolla's algorithm

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3231: 2898: 4329: 3774: 5857: 2837: 6755: 6549: 2142: 2516: 2257: 7436: 4697: 3226:{\displaystyle \left(x_{1}+y_{1}\omega \right)\left(x_{2}+y_{2}\omega \right)=x_{1}x_{2}+x_{1}y_{2}\omega +y_{1}x_{2}\omega +y_{1}y_{2}\omega ^{2}=\left(x_{1}x_{2}+y_{1}y_{2}\left(a^{2}-n\right)\right)+\left(x_{1}y_{2}+y_{1}x_{2}\right)\omega } 2002: 1732: 3539: 5585: 4821: 4106: 1884: 8210: 8118: 7841: 3600: 5648: 5041: 5202: 924: 8933: 8016: 7930: 1577: 5490: 2675: 6606: 844: 8274: 7686: 1356: 7513: 6395: 2008: 6248: 5390: 4421: 2379: 5638: 4098: 3408: 1777: 6967: 5946: 4039: 8937: 3962: 81: 2367: 7575: 4487: 125: 7113: 600: 6876: 5314: 1155: 472: 398: 354: 6918: 6387: 6190: 6064: 5897: 5242: 4944: 3915: 3814: 3283: 8445: 6598: 5087: 2890: 266: 2573: 1246: 1119: 6028: 5116: 4908: 2639: 2148: 189: 7228: 6353:
by trial and error, the expected number of computations of the Legendre symbol is 2. But one can be lucky with the first try and one may need more than 2 tries. In the field
7297: 4549: 7729: 3879: 3847: 3592: 3366: 1041: 1890: 1195: 8478: 6799: 1074: 964: 683: 434: 7077: 7007: 6298: 6154: 5999: 5279: 3990: 3307: 2659: 2606: 2536: 1456: 1397: 1280: 999: 505: 6121: 1490: 7255: 7145: 6091: 4879: 4852: 4541: 4514: 7603: 6828: 6327: 2315: 7629: 7281: 7171: 7033: 2286: 1615: 1603: 1423: 731: 1217: 3563: 3337: 751: 703: 640: 620: 549: 525: 317: 213: 153: 3416: 5499: 4704: 4324:{\displaystyle (x_{1}+y_{1}\omega )(x_{2}+y_{2}\omega )=\left(x_{1}x_{2}+y_{1}y_{2}\left(a^{2}-n\right)\right)+\left(x_{1}y_{2}+y_{1}x_{2}\right)\omega =1} 3769:{\displaystyle \alpha \cdot 1=(x+y\omega )(1+0\omega )=\left(x\cdot 1+0\cdot y\left(a^{2}-n\right)\right)+(x\cdot 0+1\cdot y)\omega =x+y\omega =\alpha } 1786: 8123: 8031: 5852:{\displaystyle x_{0}^{2}=\left(a+\omega \right)^{p+1}=(a+\omega )(a+\omega )^{p}=(a+\omega )(a-\omega )=a^{2}-\omega ^{2}=a^{2}-\left(a^{2}-n\right)=n} 8802: 8438: 7737: 4952: 5124: 8670: 852: 8376: 5949: 7935: 7849: 8998: 8612: 8431: 8541: 1495: 8718: 5402: 2832:{\displaystyle \left(x_{1}+y_{1}\omega \right)+\left(x_{2}+y_{2}\omega \right)=\left(x_{1}+x_{2}\right)+\left(y_{1}+y_{2}\right)\omega } 8320: 8022:
for mathematica code showing this above computation, remembering that something close to complex modular arithmetic is going on here)
6750:{\displaystyle \left(x+y\omega \right)^{2}\left(a+\omega \right)=\left(ad^{2}-b\left(x+d\right)\right)+\left(d^{2}-by\right)\omega ,} 8516: 8627: 763: 8665: 8602: 8546: 8509: 8221: 8807: 8698: 8617: 8607: 8483: 8635: 7644: 7635:
Taking the example in the wiki article we can see that this formula above does indeed take square roots modulo prime powers.
7291:
According to Dickson's "History Of Numbers", the following formula of Cipolla will find square roots modulo powers of prime:
8888: 1289: 7443: 6544:{\displaystyle (x+y\omega )^{2}=\left(x^{2}+y^{2}\omega ^{2}\right)+\left(\left(x+y\right)^{2}-x^{2}-y^{2}\right)\omega ,} 2137:{\displaystyle \left(2+{\sqrt {-6}}\right)^{6}=\left(-2+4{\sqrt {-6}}\right)\left(-1-3{\sqrt {-6}}\right)=9+2{\sqrt {-6}}} 8883: 8812: 8713: 7177: 2511:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}=\mathbf {F} _{p}({\sqrt {a^{2}-n}})=\{x+y{\sqrt {a^{2}-n}}:x,y\in \mathbf {F} _{p}\}} 8850: 8764: 8993: 6195: 5326: 4338: 17: 8019: 5590: 4044: 3371: 1737: 6923: 8929: 8919: 8878: 8654: 8648: 8622: 8493: 5902: 5245: 8914: 8855: 3995: 8817: 8690: 8536: 8488: 5317: 3920: 34: 8403:
Michelle Cipolla, Rendiconto dell' Accademia delle Scienze Fisiche e Matematiche. Napoli, (3),10,1904, 144-150
7518: 4426: 2320: 89: 8832: 8723: 7082: 557: 6836: 5284: 1124: 442: 368: 324: 8943: 8893: 6881: 6356: 6159: 6033: 5866: 5211: 4913: 3884: 3783: 3252: 3237:
Now the field properties have to be checked. The properties of closure under addition and multiplication,
6557: 5046: 2849: 2252:{\displaystyle \left(2+{\sqrt {-6}}\right)^{7}=\left(9+2{\sqrt {-6}}\right)\left(2+{\sqrt {-6}}\right)=6} 8594: 8569: 8498: 6338: 221: 215: 8953: 2541: 1222: 1095: 8392: 8295: 7431:{\displaystyle 2^{-1}q^{t}((k+{\sqrt {k^{2}-q}})^{s}+(k-{\sqrt {k^{2}-q}})^{s}){\bmod {p^{\lambda }}}} 6004: 5092: 4884: 2615: 165: 8948: 8840: 8822: 8797: 8759: 8503: 8391:"History of the Theory of Numbers" Volume 1 by Leonard Eugene Dickson, p218, Chelsea Publishing 1952 7183: 4692:{\displaystyle x_{2}=-y_{1}^{-1}x_{1}\left(y_{1}\left(a^{2}-n\right)-x_{1}^{2}y_{1}^{-1}\right)^{-1}} 1283: 156: 286:
Apart from prime moduli, Cipolla's algorithm is also able to take square roots modulo prime powers.
8958: 8924: 8845: 8749: 8708: 8703: 8680: 8584: 8310:
R. Crandall, C. Pomerance Prime Numbers: A Computational Perspective Springer-Verlag, (2001) p. 157
5393: 192: 25: 1997:{\displaystyle \left(2+{\sqrt {-6}}\right)^{4}=\left(-2+4{\sqrt {-6}}\right)^{2}=-1-3{\sqrt {-6}}} 8789: 8736: 8733: 8574: 8473: 7694: 5953: 3852: 8530: 8523: 3823: 3568: 3342: 1004: 1167: 8909: 8865: 8579: 8556: 8372: 6763: 1050: 933: 645: 403: 7042: 6972: 6265: 6126: 5971: 5251: 3975: 3292: 2644: 2578: 2521: 1428: 1369: 1251: 971: 477: 8754: 8364: 8331: 6096: 3316: 1727:{\displaystyle x=\left(a+{\sqrt {a^{2}-n}}\right)^{(p+1)/2}=\left(2+{\sqrt {-6}}\right)^{7}} 1461: 7233: 7118: 6069: 4857: 4830: 4519: 4492: 8744: 8643: 7582: 6804: 6334: 6303: 3817: 2291: 847: 552: 528: 273: 7608: 7260: 7150: 7012: 3534:{\displaystyle \alpha +0=(x+y\omega )+(0+0\omega )=(x+0)+(y+0)\omega =x+y\omega =\alpha } 2265: 1582: 1402: 708: 1202: 8774: 8675: 8660: 8564: 8465: 3548: 3322: 3286: 3246: 2843: 2662: 736: 688: 625: 605: 534: 510: 302: 198: 138: 8987: 8769: 8454: 5580:{\displaystyle x_{0}=\left(a+\omega \right)^{\frac {p+1}{2}}\in \mathbf {F} _{p^{2}}} 4816:{\displaystyle y_{2}=\left(y_{1}\left(a^{2}-n\right)-x_{1}^{2}y_{1}^{-1}\right)^{-1}} 3242: 3238: 280: 8779: 159: 1879:{\displaystyle \left(2+{\sqrt {-6}}\right)^{2}=4+4{\sqrt {-6}}-6=-2+4{\sqrt {-6}}} 8205:{\displaystyle (2-{\sqrt {2^{2}-10}})^{13^{2}\cdot 7}{\bmod {13^{3}}}\equiv 1540} 8113:{\displaystyle (2+{\sqrt {2^{2}-10}})^{13^{2}\cdot 7}{\bmod {13^{3}}}\equiv 1540} 7836:{\displaystyle 2^{-1}10^{(13^{3}-2\cdot 13^{2}+1)/2}{\bmod {13^{3}}}\equiv 1086} 2609: 507:
is not a square. There is no known deterministic algorithm for finding such an
8423: 5036:{\displaystyle x+y\omega \in \mathbf {F} _{p^{2}}:(x+y\omega )^{p}=x-y\omega } 8368: 8356: 8457: 269: 1399:
is not a square. As stated, this has to be done by trial and error. Choose
6600:
is known in advance. This computation needs 4 multiplications and 4 sums.
5197:{\displaystyle \omega ^{p-1}=\left(\omega ^{2}\right)^{\frac {p-1}{2}}=-1} 4949:
The second and middle part of the proof is showing that for every element
2666: 1358:
This confirms 10 being a square and hence the algorithm can be applied.
919:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}=\mathbf {F} _{p}({\sqrt {a^{2}-n}})} 8363:. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2286. pp. 430–434. 8011:{\displaystyle (2-{\sqrt {2^{2}-10}})^{13^{2}\cdot 7}{\bmod {13^{3}}}} 7925:{\displaystyle (2+{\sqrt {2^{2}-10}})^{13^{2}\cdot 7}{\bmod {13^{3}}}} 1572:{\textstyle 7^{6}=343^{2}\equiv 5^{2}\equiv 25\equiv -1{\pmod {13}}.} 733:. Therefore, the expected number of trials before finding a suitable 1092:(Note: All elements before step two are considered as an element of 5485:{\displaystyle (x+y\omega )^{p}=x^{p}+y^{p}\omega ^{p}=x-y\omega } 1492:
has to be −1. Again this can be computed using Euler's criterion:
277: 8427: 3816:
being a field is the existence of additive and multiplicative
8244: 8180: 8088: 7992: 7906: 7811: 7656: 7412: 839:{\displaystyle x=\left(a+{\sqrt {a^{2}-n}}\right)^{(p+1)/2}} 4910:. This completes the first part of the proof, showing that 4827:
The inverse elements which are shown in the expressions of
1121:
and all elements in step two are considered as elements of
8269:{\displaystyle 1086(1540+1540){\bmod {13^{3}}}\equiv 1046} 6262:, the number of operations required for the algorithm is 4489:
must hold. Working out the details gives expressions for
5496:
The third and last part of the proof is to show that if
3249:
are easily seen. This is because in this case the field
2518:
is indeed a field. For the sake of notation simplicity,
8974:
indicate that algorithm is for numbers of special forms
7681:{\displaystyle {\sqrt {10}}{\bmod {13^{3}}}\equiv 1046} 2661:
can roughly be seen as analogous to the complex number
1199:
Before applying the algorithm, it must be checked that
6349:
is the number of ones in this representation. To find
3964:. In fact, those are the additive inverse elements of 2323: 1498: 1351:{\textstyle (10|13)\equiv 10^{6}\equiv 1{\pmod {13}}.} 1292: 8224: 8126: 8034: 7938: 7852: 7740: 7697: 7647: 7611: 7585: 7521: 7446: 7300: 7263: 7236: 7186: 7153: 7121: 7085: 7045: 7015: 6975: 6926: 6884: 6839: 6830:. This operation needs 6 multiplications and 4 sums. 6807: 6766: 6609: 6560: 6398: 6359: 6306: 6268: 6198: 6162: 6129: 6099: 6072: 6036: 6007: 5974: 5905: 5869: 5651: 5593: 5502: 5405: 5329: 5287: 5254: 5214: 5127: 5095: 5049: 4955: 4916: 4887: 4860: 4833: 4707: 4552: 4522: 4495: 4429: 4341: 4109: 4047: 3998: 3978: 3923: 3887: 3855: 3826: 3786: 3603: 3571: 3551: 3419: 3374: 3345: 3325: 3295: 3255: 2901: 2852: 2678: 2647: 2618: 2581: 2544: 2524: 2382: 2294: 2268: 2151: 2011: 1893: 1789: 1740: 1618: 1585: 1464: 1431: 1405: 1372: 1254: 1225: 1205: 1170: 1127: 1098: 1053: 1007: 974: 936: 855: 766: 739: 711: 691: 648: 628: 608: 560: 537: 513: 480: 445: 406: 371: 327: 305: 224: 201: 168: 141: 92: 37: 7508:{\displaystyle t=(p^{\lambda }-2p^{\lambda -1}+1)/2} 2846:
is also defined as usual. With keeping in mind that
8902: 8864: 8831: 8788: 8732: 8689: 8593: 8555: 8464: 8323:Cipolla's Algorithm for finding square roots mod p 8268: 8204: 8112: 8010: 7924: 7835: 7723: 7680: 7623: 7597: 7569: 7507: 7430: 7275: 7249: 7222: 7165: 7139: 7107: 7071: 7027: 7001: 6961: 6912: 6870: 6822: 6793: 6749: 6592: 6543: 6381: 6321: 6292: 6242: 6184: 6148: 6115: 6085: 6058: 6022: 5993: 5940: 5891: 5851: 5632: 5579: 5484: 5384: 5308: 5273: 5236: 5196: 5110: 5081: 5035: 4938: 4902: 4873: 4846: 4815: 4691: 4535: 4508: 4481: 4415: 4323: 4092: 4033: 3984: 3956: 3909: 3873: 3841: 3808: 3768: 3586: 3557: 3533: 3402: 3360: 3331: 3301: 3277: 3225: 2884: 2831: 2653: 2633: 2600: 2567: 2530: 2510: 2361: 2309: 2280: 2251: 2136: 1996: 1878: 1771: 1726: 1597: 1571: 1484: 1450: 1417: 1391: 1350: 1274: 1240: 1211: 1189: 1149: 1113: 1068: 1035: 993: 958: 918: 838: 745: 725: 697: 677: 634: 622:satisfies the condition. The chance that a random 614: 594: 543: 519: 499: 466: 428: 392: 348: 311: 260: 207: 183: 147: 119: 75: 7176:For this, Cipolla's algorithm is better than the 3820:. It is easily seen that the additive inverse of 1282:has to be equal to 1. This can be computed using 6243:{\displaystyle x_{0},-x_{0}\in \mathbf {F} _{p}} 5385:{\displaystyle \left(a+b\right)^{p}=a^{p}+b^{p}} 4416:{\displaystyle x_{1}x_{2}+y_{1}y_{2}(a^{2}-n)=1} 8418:Algorithmic Number Theory: Efficient algorithms 5633:{\displaystyle x_{0}^{2}=n\in \mathbf {F} _{p}} 4093:{\displaystyle \alpha ^{-1}=x_{2}+y_{2}\omega } 3403:{\displaystyle \alpha \in \mathbf {F} _{p^{2}}} 1772:{\displaystyle \mathbf {F} _{13}({\sqrt {-6}})} 6962:{\displaystyle x\equiv \pm n^{\frac {p+1}{4}}} 2376:The first part of the proof is to verify that 8439: 5941:{\displaystyle x_{0}\in \mathbf {F} _{p^{2}}} 8: 4881:do exist, because these are all elements of 2505: 2446: 1080:is found, there's always a second solution, 255: 225: 7257:being the maximum power of 2 which divides 5392:holds, a relationship sometimes called the 2608:is a quadratic non-residue, so there is no 8446: 8432: 8424: 6030:, these roots must be all of the roots in 4034:{\displaystyle \alpha =x_{1}+y_{1}\omega } 3972:. For showing that every non-zero element 8252: 8247: 8243: 8223: 8188: 8183: 8179: 8165: 8160: 8142: 8136: 8125: 8096: 8091: 8087: 8073: 8068: 8050: 8044: 8033: 8000: 7995: 7991: 7977: 7972: 7954: 7948: 7937: 7914: 7909: 7905: 7891: 7886: 7868: 7862: 7851: 7819: 7814: 7810: 7800: 7785: 7766: 7758: 7745: 7739: 7715: 7702: 7696: 7664: 7659: 7655: 7648: 7646: 7610: 7584: 7559: 7532: 7520: 7497: 7476: 7460: 7445: 7420: 7415: 7411: 7402: 7384: 7378: 7360: 7342: 7336: 7318: 7305: 7299: 7262: 7241: 7235: 7185: 7152: 7120: 7084: 7061: 7044: 7014: 6991: 6974: 6969:is much faster) the binary expression of 6940: 6925: 6894: 6883: 6849: 6838: 6806: 6765: 6721: 6673: 6633: 6608: 6578: 6565: 6559: 6524: 6511: 6498: 6459: 6449: 6436: 6418: 6397: 6371: 6366: 6361: 6358: 6305: 6267: 6234: 6229: 6219: 6203: 6197: 6174: 6169: 6164: 6161: 6134: 6128: 6107: 6098: 6077: 6071: 6048: 6043: 6038: 6035: 6014: 6009: 6006: 5979: 5973: 5930: 5925: 5920: 5910: 5904: 5881: 5876: 5871: 5868: 5863:Note that this computation took place in 5826: 5808: 5795: 5782: 5736: 5690: 5661: 5656: 5650: 5624: 5619: 5603: 5598: 5592: 5569: 5564: 5559: 5536: 5507: 5501: 5461: 5451: 5438: 5425: 5404: 5376: 5363: 5350: 5328: 5300: 5295: 5286: 5259: 5253: 5219: 5213: 5166: 5156: 5132: 5126: 5102: 5097: 5094: 5067: 5054: 5048: 5012: 4982: 4977: 4972: 4954: 4928: 4923: 4918: 4915: 4894: 4889: 4886: 4865: 4859: 4838: 4832: 4804: 4790: 4785: 4775: 4770: 4746: 4731: 4712: 4706: 4680: 4666: 4661: 4651: 4646: 4622: 4607: 4591: 4578: 4573: 4557: 4551: 4527: 4521: 4500: 4494: 4467: 4457: 4444: 4434: 4428: 4392: 4379: 4369: 4356: 4346: 4340: 4301: 4291: 4278: 4268: 4234: 4219: 4209: 4196: 4186: 4162: 4149: 4130: 4117: 4108: 4081: 4068: 4052: 4046: 4022: 4009: 3997: 3992:has a multiplicative inverse, write down 3977: 3957:{\displaystyle -x,-y\in \mathbf {F} _{p}} 3948: 3943: 3922: 3899: 3894: 3889: 3886: 3854: 3825: 3798: 3793: 3788: 3785: 3690: 3602: 3570: 3550: 3418: 3392: 3387: 3382: 3373: 3344: 3324: 3294: 3267: 3262: 3257: 3254: 3209: 3199: 3186: 3176: 3142: 3127: 3117: 3104: 3094: 3076: 3066: 3056: 3040: 3030: 3014: 3004: 2991: 2981: 2960: 2947: 2924: 2911: 2900: 2870: 2857: 2851: 2815: 2802: 2779: 2766: 2740: 2727: 2701: 2688: 2677: 2665:. The field arithmetic is quite obvious. 2646: 2625: 2620: 2617: 2586: 2580: 2551: 2545: 2543: 2523: 2499: 2494: 2464: 2458: 2426: 2420: 2411: 2406: 2394: 2389: 2384: 2381: 2340: 2328: 2322: 2293: 2267: 2228: 2202: 2179: 2164: 2150: 2124: 2097: 2065: 2039: 2024: 2010: 1984: 1963: 1948: 1921: 1906: 1892: 1866: 1835: 1817: 1802: 1788: 1756: 1747: 1742: 1739: 1718: 1703: 1678: 1662: 1643: 1637: 1617: 1584: 1550: 1529: 1516: 1503: 1497: 1471: 1463: 1436: 1430: 1404: 1377: 1371: 1329: 1317: 1299: 1291: 1261: 1253: 1232: 1227: 1224: 1204: 1175: 1169: 1139: 1134: 1129: 1126: 1105: 1100: 1097: 1052: 1021: 1006: 979: 973: 941: 935: 899: 893: 884: 879: 867: 862: 857: 854: 826: 810: 791: 785: 765: 738: 715: 710: 690: 664: 647: 627: 607: 571: 564: 559: 536: 512: 485: 479: 458: 453: 444: 411: 405: 384: 379: 370: 340: 335: 326: 304: 223: 200: 175: 170: 167: 140: 111: 106: 91: 76:{\displaystyle x^{2}\equiv n{\pmod {p}},} 54: 42: 36: 2362:{\textstyle 6^{2}\equiv 10{\pmod {13}}.} 8286: 7570:{\displaystyle s=p^{\lambda -1}(p+1)/2} 4482:{\displaystyle x_{1}y_{2}+y_{1}x_{2}=0} 120:{\displaystyle x,n\in \mathbf {F} _{p}} 7108:{\displaystyle \left(a+\omega \right)} 5316:) and the knowledge that in fields of 595:{\displaystyle ({\frac {a^{2}-n}{p}})} 6871:{\displaystyle p\equiv 1{\pmod {4}},} 5309:{\displaystyle x\in \mathbf {F} _{p}} 1150:{\displaystyle \mathbf {F} _{13^{2}}} 467:{\displaystyle a\in \mathbf {F} _{p}} 393:{\displaystyle x\in \mathbf {F} _{p}} 349:{\displaystyle n\in \mathbf {F} _{p}} 7: 6913:{\displaystyle p\equiv 3{\pmod {4}}} 6389:, the following two equalities hold 6382:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 6185:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 6059:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 5892:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 5237:{\displaystyle \omega ^{p}=-\omega } 4939:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 3910:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 3809:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 3278:{\displaystyle \mathbf {F} _{p^{2}}} 8361:LATIN 2002: Theoretical Informatics 7115:, the first formula has to be used 6902: 6857: 6593:{\displaystyle \omega ^{2}=a^{2}-n} 5118:. Euler's criterion then says that 5082:{\displaystyle \omega ^{2}=a^{2}-n} 3285:is somewhat resembles the field of 2885:{\displaystyle \omega ^{2}=a^{2}-n} 2348: 2341: 1558: 1551: 1337: 1330: 531:method can be used. Simply pick an 62: 261:{\displaystyle \{0,1,\dots ,p-1\}} 14: 8655:Special number field sieve (SNFS) 8649:General number field sieve (GNFS) 2568:{\displaystyle {\sqrt {a^{2}-n}}} 1248:. Therefore, the Legendre symbol 1241:{\displaystyle \mathbf {F} _{13}} 1114:{\displaystyle \mathbf {F} _{13}} 8297:History of the Theory of Numbers 8294:Dickson, Leonard Eugene (1919). 6362: 6230: 6165: 6039: 6023:{\displaystyle \mathbf {F} _{p}} 6010: 5921: 5872: 5620: 5560: 5296: 5111:{\displaystyle \mathbf {F} _{p}} 5098: 4973: 4919: 4903:{\displaystyle \mathbf {F} _{p}} 4890: 3944: 3890: 3789: 3383: 3258: 2634:{\displaystyle \mathbf {F} _{p}} 2621: 2495: 2407: 2385: 1743: 1228: 1130: 1101: 880: 858: 454: 380: 336: 184:{\displaystyle \mathbf {F} _{p}} 171: 107: 7223:{\displaystyle S(S-1)>8m+20} 6895: 6850: 3545:The multiplicative identity is 1458:becomes 7. The Legendre symbol 55: 8240: 8228: 8157: 8127: 8065: 8035: 7969: 7939: 7883: 7853: 7797: 7759: 7556: 7544: 7494: 7453: 7408: 7399: 7369: 7357: 7327: 7324: 7202: 7190: 7058: 7046: 6988: 6976: 6906: 6896: 6861: 6851: 6788: 6773: 6415: 6399: 5772: 5760: 5757: 5745: 5733: 5720: 5717: 5705: 5422: 5406: 5009: 4993: 4404: 4385: 4171: 4142: 4139: 4110: 3739: 3715: 3649: 3634: 3631: 3616: 3504: 3492: 3486: 3474: 3468: 3453: 3447: 3432: 2440: 2417: 2352: 2342: 1766: 1753: 1675: 1663: 1562: 1552: 1479: 1472: 1465: 1341: 1331: 1307: 1300: 1293: 1269: 1262: 1255: 1018: 1008: 913: 890: 823: 811: 661: 649: 589: 561: 66: 56: 1: 7039:are ones. So for computing a 24:is a technique for solving a 8613:Lenstra elliptic curve (ECM) 7631:as in this article's example 8999:Number theoretic algorithms 8300:. Vol. 1. p. 218. 8215:and the final equation is: 7724:{\displaystyle 2^{-1}q^{t}} 5396:, shows the desired result 3874:{\displaystyle -x-y\omega } 930:will be the one satisfying 705:large enough this is about 283:who discovered it in 1907. 18:computational number theory 9015: 8920:Exponentiation by squaring 8603:Continued fraction (CFRAC) 8355:TornarĂ­a, Gonzalo (2002). 5952:, stating that a non-zero 3842:{\displaystyle x+y\omega } 3587:{\displaystyle 1+0\omega } 3361:{\displaystyle 0+0\omega } 2288:is a solution, as well as 1036:{\displaystyle (-x)^{2}=n} 8967: 6920:, the direct computation 6258:After finding a suitable 6066:. It was just shown that 5968:, and the knowledge that 3881:, which is an element of 1605:is a suitable choice for 1190:{\displaystyle x^{2}=10.} 1076:. So whenever a solution 8369:10.1007/3-540-45995-2_38 7178:Tonelli–Shanks algorithm 6794:{\displaystyle d=(x+ya)} 3780:The only thing left for 1069:{\displaystyle x\neq -x} 959:{\displaystyle x^{2}=n.} 678:{\displaystyle (p-1)/2p} 429:{\displaystyle x^{2}=n.} 8833:Greatest common divisor 8357:"Square Roots Modulo P" 7072:{\displaystyle (p+1)/2} 7002:{\displaystyle (p+1)/2} 6293:{\displaystyle 4m+2k-4} 6149:{\displaystyle x^{2}-n} 5994:{\displaystyle x^{2}-n} 5274:{\displaystyle x^{p}=x} 5246:Fermat's little theorem 3985:{\displaystyle \alpha } 3302:{\displaystyle \omega } 2654:{\displaystyle \omega } 2601:{\displaystyle a^{2}-n} 2531:{\displaystyle \omega } 1451:{\displaystyle a^{2}-n} 1392:{\displaystyle a^{2}-n} 1275:{\displaystyle (10|13)} 994:{\displaystyle x^{2}=n} 500:{\displaystyle a^{2}-n} 8944:Modular exponentiation 8416:E. Bach, J.O. Shallit 8270: 8206: 8114: 8012: 7926: 7837: 7725: 7682: 7625: 7599: 7571: 7509: 7432: 7277: 7251: 7224: 7167: 7141: 7109: 7073: 7029: 7003: 6963: 6914: 6872: 6824: 6795: 6751: 6594: 6545: 6383: 6323: 6294: 6244: 6186: 6150: 6117: 6116:{\displaystyle -x_{0}} 6087: 6060: 6024: 5995: 5942: 5893: 5853: 5634: 5581: 5486: 5386: 5310: 5275: 5244:. This, together with 5238: 5198: 5112: 5083: 5037: 4940: 4904: 4875: 4848: 4817: 4693: 4537: 4510: 4483: 4417: 4335:So the two equalities 4325: 4094: 4035: 3986: 3958: 3911: 3875: 3843: 3810: 3770: 3588: 3559: 3535: 3404: 3362: 3333: 3309:being the analogon of 3303: 3279: 3227: 2886: 2833: 2655: 2635: 2602: 2569: 2532: 2512: 2363: 2311: 2282: 2253: 2138: 1998: 1880: 1773: 1728: 1599: 1573: 1486: 1485:{\displaystyle (7|13)} 1452: 1419: 1393: 1352: 1276: 1242: 1219:is indeed a square in 1213: 1191: 1151: 1115: 1070: 1043:also holds. And since 1037: 995: 960: 920: 840: 747: 727: 699: 679: 636: 616: 596: 545: 521: 501: 468: 430: 394: 350: 313: 262: 209: 185: 149: 121: 77: 8671:Shanks's square forms 8595:Integer factorization 8570:Sieve of Eratosthenes 8271: 8207: 8115: 8013: 7927: 7838: 7726: 7683: 7626: 7600: 7572: 7510: 7433: 7278: 7252: 7250:{\displaystyle 2^{S}} 7225: 7168: 7147:times and the second 7142: 7140:{\displaystyle n-k-1} 7110: 7074: 7030: 7004: 6964: 6915: 6873: 6825: 6796: 6752: 6595: 6546: 6384: 6339:binary representation 6324: 6295: 6245: 6192:, so it must be that 6187: 6151: 6118: 6088: 6086:{\displaystyle x_{0}} 6061: 6025: 5996: 5943: 5894: 5854: 5635: 5582: 5487: 5387: 5311: 5276: 5239: 5199: 5113: 5084: 5038: 4941: 4905: 4876: 4874:{\displaystyle y_{2}} 4849: 4847:{\displaystyle x_{2}} 4818: 4694: 4538: 4536:{\displaystyle y_{2}} 4511: 4509:{\displaystyle x_{2}} 4484: 4418: 4326: 4095: 4036: 3987: 3959: 3912: 3876: 3844: 3811: 3771: 3589: 3560: 3536: 3405: 3363: 3334: 3304: 3280: 3228: 2887: 2834: 2656: 2636: 2603: 2570: 2533: 2513: 2364: 2312: 2283: 2254: 2139: 1999: 1881: 1774: 1729: 1600: 1574: 1487: 1453: 1420: 1394: 1353: 1277: 1243: 1214: 1192: 1152: 1116: 1071: 1038: 996: 961: 921: 841: 756:Step 2 is to compute 748: 728: 700: 680: 637: 617: 597: 551:and by computing the 546: 522: 502: 469: 439:Step 1 is to find an 431: 395: 351: 314: 263: 210: 186: 150: 122: 78: 8949:Montgomery reduction 8823:Function field sieve 8798:Baby-step giant-step 8644:Quadratic sieve (QS) 8276:which is the answer. 8222: 8124: 8032: 7936: 7850: 7738: 7695: 7645: 7609: 7598:{\displaystyle q=10} 7583: 7519: 7444: 7298: 7261: 7234: 7184: 7151: 7119: 7083: 7043: 7013: 6973: 6924: 6882: 6837: 6823:{\displaystyle b=ny} 6805: 6764: 6607: 6558: 6396: 6357: 6322:{\displaystyle 4m-2} 6304: 6266: 6196: 6160: 6127: 6097: 6070: 6034: 6005: 5972: 5903: 5867: 5649: 5591: 5500: 5403: 5327: 5285: 5252: 5212: 5125: 5093: 5047: 4953: 4914: 4885: 4858: 4831: 4705: 4550: 4520: 4493: 4427: 4339: 4107: 4045: 3996: 3976: 3921: 3885: 3853: 3824: 3784: 3601: 3569: 3549: 3417: 3372: 3343: 3323: 3293: 3253: 2899: 2850: 2676: 2645: 2616: 2579: 2542: 2522: 2380: 2321: 2310:{\displaystyle x=-6} 2292: 2266: 2149: 2009: 1891: 1787: 1738: 1616: 1583: 1496: 1462: 1429: 1403: 1370: 1290: 1252: 1223: 1203: 1168: 1125: 1096: 1051: 1005: 972: 934: 853: 764: 737: 709: 689: 646: 626: 606: 602:one can see whether 558: 535: 527:, but the following 511: 478: 443: 404: 369: 356:, which is a square. 325: 303: 222: 199: 166: 139: 90: 35: 8959:Trachtenberg system 8925:Integer square root 8866:Modular square root 8585:Wheel factorization 8537:Quadratic Frobenius 8517:Lucas–Lehmer–Riesel 7624:{\displaystyle k=2} 7276:{\displaystyle p-1} 7166:{\displaystyle k-1} 7028:{\displaystyle m-1} 5964:roots in any field 5666: 5608: 5089:is not a square in 4798: 4780: 4674: 4656: 4586: 3565:, or more formally 3339:, or more formally 2281:{\displaystyle x=6} 1598:{\displaystyle a=2} 1418:{\displaystyle a=2} 726:{\displaystyle 1/2} 191:denotes the finite 22:Cipolla's algorithm 8994:Modular arithmetic 8851:Extended Euclidean 8790:Discrete logarithm 8719:Schönhage–Strassen 8575:Sieve of Pritchard 8266: 8202: 8110: 8008: 7922: 7833: 7721: 7678: 7621: 7595: 7567: 7505: 7428: 7287:Prime power moduli 7273: 7247: 7220: 7163: 7137: 7105: 7069: 7025: 6999: 6959: 6910: 6868: 6820: 6791: 6747: 6590: 6541: 6379: 6319: 6290: 6240: 6182: 6146: 6113: 6083: 6056: 6020: 5991: 5950:Lagrange's theorem 5938: 5889: 5849: 5652: 5630: 5594: 5577: 5482: 5382: 5306: 5271: 5234: 5194: 5108: 5079: 5033: 4936: 4900: 4871: 4844: 4813: 4781: 4766: 4689: 4657: 4642: 4569: 4533: 4506: 4479: 4413: 4321: 4100:. In other words, 4090: 4031: 3982: 3954: 3907: 3871: 3839: 3806: 3766: 3584: 3555: 3531: 3400: 3358: 3329: 3299: 3275: 3223: 2882: 2829: 2651: 2631: 2598: 2565: 2528: 2508: 2359: 2307: 2278: 2249: 2134: 1994: 1876: 1769: 1724: 1595: 1569: 1482: 1448: 1415: 1389: 1348: 1272: 1238: 1212:{\displaystyle 10} 1209: 1187: 1147: 1111: 1066: 1033: 991: 956: 916: 836: 743: 723: 695: 675: 632: 612: 592: 541: 517: 497: 464: 426: 390: 346: 309: 258: 205: 181: 145: 117: 73: 8981: 8980: 8580:Sieve of Sundaram 8420:MIT Press, (1996) 8378:978-3-540-43400-9 8154: 8062: 7966: 7880: 7653: 7396: 7354: 7035:digits, of which 6956: 6333:is the number of 6300:multiplications, 5552: 5248:(which says that 5182: 5043:. By definition, 3558:{\displaystyle 1} 3332:{\displaystyle 0} 2563: 2476: 2438: 2236: 2210: 2172: 2132: 2105: 2073: 2032: 1992: 1956: 1914: 1874: 1843: 1810: 1764: 1711: 1655: 1284:Euler's criterion 911: 803: 746:{\displaystyle a} 698:{\displaystyle p} 635:{\displaystyle a} 615:{\displaystyle a} 587: 544:{\displaystyle a} 520:{\displaystyle a} 312:{\displaystyle p} 208:{\displaystyle p} 148:{\displaystyle p} 131:is the square of 9006: 8930:Integer relation 8903:Other algorithms 8808:Pollard kangaroo 8699:Ancient Egyptian 8557:Prime-generating 8542:Solovay–Strassen 8455:Number-theoretic 8448: 8441: 8434: 8425: 8404: 8401: 8395: 8389: 8383: 8382: 8352: 8346: 8345: 8343: 8342: 8336: 8330:. Archived from 8329: 8317: 8311: 8308: 8302: 8301: 8291: 8275: 8273: 8272: 8267: 8259: 8258: 8257: 8256: 8211: 8209: 8208: 8203: 8195: 8194: 8193: 8192: 8178: 8177: 8170: 8169: 8155: 8147: 8146: 8137: 8119: 8117: 8116: 8111: 8103: 8102: 8101: 8100: 8086: 8085: 8078: 8077: 8063: 8055: 8054: 8045: 8017: 8015: 8014: 8009: 8007: 8006: 8005: 8004: 7990: 7989: 7982: 7981: 7967: 7959: 7958: 7949: 7931: 7929: 7928: 7923: 7921: 7920: 7919: 7918: 7904: 7903: 7896: 7895: 7881: 7873: 7872: 7863: 7842: 7840: 7839: 7834: 7826: 7825: 7824: 7823: 7809: 7808: 7804: 7790: 7789: 7771: 7770: 7753: 7752: 7730: 7728: 7727: 7722: 7720: 7719: 7710: 7709: 7687: 7685: 7684: 7679: 7671: 7670: 7669: 7668: 7654: 7649: 7630: 7628: 7627: 7622: 7604: 7602: 7601: 7596: 7576: 7574: 7573: 7568: 7563: 7543: 7542: 7514: 7512: 7511: 7506: 7501: 7487: 7486: 7465: 7464: 7437: 7435: 7434: 7429: 7427: 7426: 7425: 7424: 7407: 7406: 7397: 7389: 7388: 7379: 7365: 7364: 7355: 7347: 7346: 7337: 7323: 7322: 7313: 7312: 7282: 7280: 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Index

computational number theory
congruence
odd
prime
field
elements
algorithm
Michele Cipolla
Italian
mathematician
trial and error
Legendre symbol
field extension
Euler's criterion
square root
i
Addition
Multiplication
associativity
commutativity
distributivity
complex numbers
identity
inverses
Fermat's little theorem
characteristic
Freshman's dream
Lagrange's theorem
polynomial
digits

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