Cómo probar [math] \ prod_ {t = 1} ^ {m} (1 + e ^ {\ frac {i2 \ pi at} {m}}) = 2 ^ {gcd (a, m)} [/ math ] para entero impar [matemáticas] m

Deje que [math] m [/ math] sea un entero positivo, impar , y sea [math] \ gcd (a, m) = d [/ math]. Deje [math] {\ xi} _m = e ^ {2 \ pi i / m} [/ math]. Entonces

[matemáticas] x ^ m-1 = \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ big (x – {\ xi} _m ^ k \ big). … (\ Star) [/ math]

Esto también se puede escribir como

[matemáticas] 1-x ^ m = \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ big (1 – {\ xi} _m ^ {- k} x \ big) = \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ big (1 – {\ xi} _m ^ {mk} x \ big) = \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ big (1 – {\ xi} _m ^ kx \ big). … (\ Star \ star) [/ math]

En particular, para cualquier número entero positivo [matemática] N [/ matemática], sustituyendo [matemática] x = -1 [/ matemática] en la ecuación. [matemáticas] (\ estrella \ estrella) [/ matemáticas] da

[matemáticas] \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ N \ big (1 + {\ xi} _N ^ k \ big) = 2.… (\ star \ star \ star) [/ math]

Escriba [matemática] a = bd [/ matemática], [matemática] m = nd [/ matemática], [matemática] \ mcd (b, n) = 1 [/ matemática]. Entonces

[matemáticas] {\ xi} _m ^ {a \ big (k + \ frac {m} {d} \ big)} = e ^ {2 \ big (k + \ frac {m} {d} \ big) a \ pi i / m} = e ^ {2ka \ pi i / m} \ cdot e ^ {2a \ pi i / d} = e ^ {2ka \ pi i / m} = {\ xi} _m ^ {ak}. [/matemáticas]

Por lo tanto

[matemáticas] \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ big (1 – {\ xi} _m ^ {ak} x \ big) = \ left (\ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ {m / d } \ big (1 – {\ xi} _n ^ {ak} x \ big) \ right) ^ d [/ math] [math] [/ math]

[matemáticas] = \ left (\ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ n \ big (1-e ^ {2bk \ pi i / n} x \ big) \ right) ^ d [/ math]

[math] = \ left (\ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ n \ big (1-e ^ {2k \ pi i / n} x \ big) \ right) ^ d [/ math] [math] ( [/ math] ya que [math] \ {bk \ bmod n: 1 \ le k \ le n \} = \ {k: 1 \ le k \ le n \}) [/ math] [math] [/ math]

Poner [math] x = -1 [/ math] en cada lado y usar eqn. [matemáticas] (\ estrella \ estrella \ estrella) [/ matemáticas] da

[matemáticas] \ displaystyle \ prod_ {k = 1} ^ m \ left (1 + {\ xi} _m ^ {ak} \ right) = 2 ^ d [/ math]. [matemáticas] \ blacksquare [/ matemáticas]