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  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">
    am
   </journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Applied Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2152-7385
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2152-7393
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/am.2024.159037
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    am-135915
   </article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Representation of an Integer by a Quadratic Form through the Cornacchia Algorithm 
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Moumouni Djassibo
      </surname>
      <given-names>
       Woba
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
   </contrib-group> 
   <aff id="affnull">
    <addr-line>
     aTraining and Research Unit/Sciences and Technology, University of Ouahigouya, Mèra, Burkina Faso
    </addr-line> 
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   <pub-date pub-type="epub">
    <day>
     05
    </day> 
    <month>
     09
    </month>
    <year>
     2024
    </year>
   </pub-date> 
   <volume>
    15
   </volume> 
   <issue>
    09
   </issue>
   <fpage>
    614
   </fpage>
   <lpage>
    629
   </lpage>
   <history>
    <date date-type="received">
     <day>
      1,
     </day>
     <month>
      August
     </month>
     <year>
      2024
     </year>
    </date>
    <date date-type="published">
     <day>
      9,
     </day>
     <month>
      August
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      9,
     </day>
     <month>
      September
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
    </date>
   </history>
   <permissions>
    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    Cornachia’s algorithm can be adapted to the case of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
        x
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       d
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        y
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> and even to the case of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       a
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        x
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       b
      </mi>
      <mi>
       x
      </mi>
      <mi>
       y
      </mi>
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       c
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        y
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> . For the sake of completeness, we have given modalities without proofs (the proof in the case of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
        x
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <msup> 
       <mi>
        y
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> ). Starting from a quadratic form with two variables 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       f
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         y
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       a
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        x
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       b
      </mi>
      <mi>
       x
      </mi>
      <mi>
       y
      </mi>
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       c
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        y
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and n an integer. We have shown that a primitive positive solution 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         u
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         v
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       f
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         y
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> is admissible if it is obtained in the following way: we take α modulo n such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       f
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         α
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mn>
         1
        </mn>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       ≡
      </mo>
      <mn>
       0
      </mn>
      <mi>
       mod
      </mi>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> , u is the first of the remainders of Euclid’s algorithm associated with n and α that is less than 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msqrt> 
       <mrow> 
        <mrow>
         <mrow> 
          <mn>
           4
          </mn>
          <mi>
           c
          </mi>
          <mi>
           n
          </mi>
         </mrow>
         <mo>
          /
         </mo>
         <mrow> 
          <mrow>
           <mo>
            |
           </mo> 
           <mi>
            D
           </mi> 
           <mo>
            |
           </mo>
          </mrow>
         </mrow>
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msqrt> 
     </mrow> 
    </math> ) (possibly α itself) and the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       f
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         y
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> . has an integer solution u in y. At the end of our work, it also appears that the Cornacchia algorithm is good for the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       n
      </mi>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       a
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        x
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       b
      </mi>
      <mi>
       x
      </mi>
      <mi>
       y
      </mi>
      <mo>
       +
      </mo>
      <mi>
       c
      </mi>
      <msup> 
       <mi>
        y
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> if all the primitive positive integer solutions of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       f
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         y
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       n
      </mi>
     </mrow> 
    </math> are admissible, i.e. computable by the algorithmic process. 
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Quadratic Form
    </kwd> 
    <kwd>
      Cornacchia Algorithm
    </kwd> 
    <kwd>
      Associated Polynomials
    </kwd> 
    <kwd>
      Euclid’s Algorithm
    </kwd> 
    <kwd>
      Prime Number
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Quadratic forms are used in many fields of mathematics: different results for the classification of conics and then generally quadratics, search for local minimum or maximum of a function of several variables from a limited expansion, introduction of surface curvature, principal component analysis in statistics. Integer quadratic forms are used in number theory and topology <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-1">
     [1]
    </xref>.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Let p be an odd prime. −1 is a square modulo p if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Thus, if p is a prime number that can be written as the sum of two squares (of integers), it is congruent to 1 mod 4: indeed, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, x and y are necessarily prime to p and we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The converse is true, which we will demonstrate by giving algorithms that compute integers x. and y such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-2">
     [2]
    </xref>.</p>
   <p>In mathematics, the Cornacchia algorithm is a procedure for solving certain Diophantine equations generalizing the Pell-Fermat equation. This algorithm is named after the Italian mathematician Giuseppe Cornacchia who introduced it in 1908 and sometimes also attributed to the Vilandic mathematician Henry Smith, under the name of the Cornacchia-Smith algorithm <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-3">
     [3]
    </xref>.</p>
   <p>More specifically, the algorithm provides a solution between 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        ≪ 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and the integers d and m are prime to each other. This algorithm is of major practical interest, because it makes it possible to find a representation of a first P as the norm of an element of a quadratic extension, an essential step for example in the proof of primality by elliptic curves <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-4">
     [4]
    </xref>.</p>
   <p>Another important use of the Cornacchia algorithm is the generation of elliptic curves with complex multiplication <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-5">
     [5]
    </xref>.</p>
   <p>For this task, the Cornacchia algorithm is more efficient than generic methods based on quadratic forms or Euclidean lattice reduction to [François Morain “Implementing the asymptotically fast version of thé elliptie curve primalty proving algorithme”].</p>
   <p>We will then look at the more general problem of “representing” a prime number by a two-variable quadratic form. Before we start, let’s notice that our problem is not empty, there are prime numbers ≡1 mod 4. There are even an infinity of them because if n is an integer, a prime factor of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <msup> 
       <mo>
         ! 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (which exists!) is necessarily greater than n and congruent to 1 mod 4; So there is an arbitrarily large prime number ≡1 mod 4.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Writing a Prime Number ≡ 1 Mod 4 as the Sum of Two Squares</title>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Let’s fix a prime number p ≡ 1 mod 4. Let us give a first algorithm for finding integers x and y such that</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (1)</p>
   <p>We start from an integer a such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with m a positive integer that we can assume &lt; p (for example by taking 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we even then have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Let us suppose 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Let x<sub>1</sub> and y<sub>1</sub> represent them of minimum x<sub>0</sub> and y<sub>0</sub> modulo m in absolute value. As 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, we write 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, hence</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (2)</p>
   <p>We check using 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> remarkable identity</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The terms of the right-hand side checking</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> (3)</p>
   <p>So if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we have a 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. All that remains is to start again by replacing m by m’ and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. We have obtained a solution of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> if we obtain the value 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Let’s check it out. Since the m (and m’) form a strictly decreasing sequence of positive integers, we necessarily obtain 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Let us show that if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, m is necessarily equal to 1. Indeed, this implies with the previous notations in the corresponding step that x<sub>0</sub> and y<sub>0</sub> are both divisible by m and therefore since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, the integer m must divide p. If p is prime, this implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-6">
     [6]
    </xref>.</p>
   <p>We have thus obtained an integer solution of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. (We will call this algorithm descending algorithm in the following, it closely follows Euler’s proof which is based on Fermat’s principle of making “descend” in positive integers). The number of steps is increased by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          log 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Representation of a Prime Number by a Quadratic Form with Two Variables</title>
   <sec id="s3_1">
    <title>3.1. Deﬁnition 1</title>
    <p>If 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is a quadratic form with integer coefficients, f is said to represent p if there are integers x and y such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. All that remains is to persuade yourself that you have verified the following theorem for a prime number 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1000 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and different from 2 and 5.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_2">
    <title>3.2. Theorem 1</title>
    <p>−5 is a square modulo p if and only if p is represented by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> or by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. The proof of this fact for any prime number, already stated by Fermat, goes back to Euler. There are two parts to the proof: the first part uses Legendre’s quadratic law of reciprocity: if p and q are two distinct odd primes, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_3">
    <title>3.3. Example 1</title>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             5 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>In the following, a form will be a quadratic form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> with a, b, and c integers prime to each other, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_4">
    <title>3.4. Deﬁnition 2</title>
    <p>We say that a form f properly represents an integer m if there are integers u and v prime to each other such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Such a solution 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is then said to be primitive.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_5">
    <title>3.5. Deﬁnition 3</title>
    <p>Two forms 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are said to be equivalent (or properly equivalent) if there are integers 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and t such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> ( resp. 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>). These are equivalence relationships.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_6">
    <title>3.6. Lemma 1</title>
    <p>A form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> properly represents an integer m if and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is properly equivalent to a form of the type 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> for b and c suitable. Indeed, suppose that there are you and v prime to each other such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. By Bézout’s theorem, there exists w and t such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo> 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is of the form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. The reverse is clear.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_7">
    <title>3.7. Deﬁnition 4</title>
    <p>We call the discriminant of the form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> the integer 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-7">
      [7]
     </xref>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_8">
    <title>3.8. Remark 1</title>
   </sec>
   <sec id="s3_9">
    <title>3.9. Lemma 2</title>
    <p>Let D be an integer ≡ 0 or 1 mod 4 and m an odd integer prime to D. Then there is a form of discriminant D properly representing m if and only if D is a square modulo m.</p>
    <p>Indeed, if there is a form properly representing m, we can take it of the type 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Its discriminant 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is indeed a square modulo m.</p>
    <p>Conversely, suppose that D is a square modulo m: 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> Its discriminant 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is indeed a square modulo m: 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Since m is odd, we can take b and D of the same parity (even if it means changing b to b + m). Like 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> or 1 mod 4, we then have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Let c be the integer such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Then, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> properly represents m and the integers 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and c are prime to each other because m is prime with D. We deduce the result of the following corollary: <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-8">
      [8]
     </xref>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_10">
    <title>3.10. Corollary 1</title>
    <p>Let n be an integer and p an odd prime that does not divide n. Then p is represented by a form of discriminant-4m if and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Let’s go back to the forms 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo> 
       </mo> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> of discriminant-20. To show the following theorem, all that remains is to show that the forms of discriminant-20 are all properly equivalent to one of the two forms 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_11">
    <title>3.11. Theorem 2</title>
    <p>−5 is a square modulo p if and only if p is represented by par 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> or by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_12">
    <title>3.12. Theorem 3</title>
    <p>An odd prime p prime to 5 is represented by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> si and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> or 9 mod 20, it is represented by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> if and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> or 7 mod 20.</p>
    <p>Let’s go back to the shape equivalence classes.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_13">
    <title>3.13. Deﬁnition 5</title>
    <p>A form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> of a negative discriminant is said to be reduced if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in cases where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. There is only a finite number of reduced forms of the discriminant 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> given (we have indeed 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <msup> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and therefore 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math>, there is a finite number of a and b and therefore of c since 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>).</p>
   </sec>
   <sec id="s3_14">
    <title>3.14. Theorem 3</title>
    <p>Any form of negative discriminant is properly equivalent to a single reduced form. Thus, the set of equivalence classes C(D) (for proper equivalence) of the given discriminant forms is finite <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-9">
      [9]
     </xref>.</p>
    <p>The cardinal h(D) of C(D) is called the number of classes of discriminant D.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. A Look Back at the Algorithms</title>
   <p>Cornachia’s algorithm can be adapted to the case of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and even to the case of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> be a form and n an integer. We say that a primitive positive solution 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is admissible if it is obtained in the following way: we take α modulo n such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mi>
        mod 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, u is the first of the remainders of Euclid’s algorithm associated with n and α that is less than 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msqrt> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msqrt> 
     </mrow> 
    </math>) (possibly α itself) and the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> has an integer solution v in y <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-10">
     [10]
    </xref>.</p>
   <p>We will say that Cornacchia’s algorithm is good for the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> if all the primitive positive integer solutions of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are admissible, i.e. computable by the algorithmic process we have just described.</p>
   <sec id="s4_1">
    <title>Theorem 4</title>
    <p>The Cornacchia algorithm is good in the following cases:</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>1) 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> with d and n positive integers;</p>
    <p>2) 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         16 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           16 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mn>
          8 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and n integer ≥ 2sup(a, c).</p>
    <p>So, Cornacchia’s algorithm is good for f and n and if you can’t find any qualifying pairs, The equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> has no integer solutions.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Proof of the Cornacchia Algorithm in the Case of the Equation 

    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
      <msup> 
   
       <mi>
        
    x
   
       </mi> 
   
       <mn>
        
    2
   
       </mn> 
  
      </msup> 
  
      <mo>
       
   +
  
      </mo>
  
      <msup> 
   
       <mi>
        
    y
   
       </mi> 
   
       <mn>
        
    2
   
       </mn> 
  
      </msup> 
  
      <mo>
       
   =
  
      </mo>
  
      <mi>
       
   a
  
      </mi>
 
     </mrow>

    </math></title>
   <sec id="s5_1">
    <title>5.1. Theorem 5</title>
    <p>Let a be an integer such as −1 or a square mod a. If b is an integer verifying 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the first two remainder 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math> in the algorithm of Euclidean division of a by b give a primitive solution of the equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Moreover, all primitive solutions are obtained in this way. A trivial transformation is one of the transformations 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> ou 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. A primitive solution of the equation is a solution 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> with x and y primes between them <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-11">
      [11]
     </xref>.</p>
   </sec>
   <sec id="s5_2">
    <title>5.2. Some Polynomials Associated with Euclid’s Algorithm</title>
    <p>Consider the sequence of equations</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> (4)</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>It is easy to see that by substitution, we can write</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> (5)</p>
    <p>where the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are polynomials in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of partial degree 1 in relation to each of the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Relationships</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo> 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Implies that:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> (6)</p>
    <p>We deduce that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and therefore that</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> (7)</p>
    <p>The polynomial 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> has the property</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Indeed, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Thus, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the coefficient at the top left of the matrix</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>This coefficient is also that of its transpose (in the same place) which is equal to 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and is 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. We can explicitly compute 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          7 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> with MAPLE using the recurrence relation: 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo> 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. We find</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
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         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <msub> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
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           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
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            <mn>
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            <mn>
              2 
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            <mi>
              f 
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             = 
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             + 
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         <mtr> 
          <mtd> 
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              f 
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             = 
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             + 
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           <msub> 
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            <mn>
              6 
            </mn> 
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           <msub> 
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              q 
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              3 
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           </msub> 
           <msub> 
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              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
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            <mn>
              1 
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          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
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            <mn>
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
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             + 
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           <msub> 
            <mi>
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             + 
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             + 
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           <msub> 
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             + 
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             + 
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         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
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            <mi>
              f 
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           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
            <mi>
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
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           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
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            <mn>
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           <msub> 
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             + 
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           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
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            <mn>
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             + 
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           <msub> 
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           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
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           <msub> 
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             + 
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            </mn> 
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           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
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            <mn>
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            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
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            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
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            </mn> 
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          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
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              q 
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
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            <mn>
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           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
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            </mn> 
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           <msub> 
            <mi>
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           <msub> 
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             + 
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            </mn> 
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           <msub> 
            <mi>
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            <mn>
              4 
            </mn> 
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           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              6 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              6 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              6 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              7 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              5 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-12">
      [12]
     </xref></p>
    <p>It will be noted that the monomials involved in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are exactly those obtained by removing from 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> a certain number of successive pairs of elements 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>If 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
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          </mi> 
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            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
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          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
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          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
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          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> (8)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>It is easy to deduce that:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (9)</p>
    <p>Particular case</p>
    <p>Suppose that n is even and that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, that is, that is, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>For 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>, the equation becomes:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo> 
             </mo> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
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             ⋯ 
           </mo> 
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         <mo>
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             , 
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           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math></p>
   </sec>
   <sec id="s5_3">
    <title>5.3. Properties of Euclid’s Algorithm</title>
    <p>Let a and b now be two positive integers prime to each other with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. The sequence of the quotients associated with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the sequence of successive quotients obtained by applying Euclid’s algorithm to a and b: we set 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and then we define by recurrence</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         et 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(10)</p>
    <p>We denote n the integer such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and we call it the length of the algorithm. So we have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>We define another sequence of integers 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> by:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         et 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         by 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>We then have the ties:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>If 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the sequence defined by the same recurrence relation and first terms 1 and 0. By recurrence, it is easy to see that the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are of alternating sign, more precisely 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Hence the relationship</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(11)</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>The rest of the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is therefore increasing. Thus, we can see the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> as the sequence of successive remainders in Euclid’s algorithm applied to 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Since 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and a and b are prime to each other, for 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> indicates that a divides 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. We actually have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> because 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> What can we say now about 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>? we have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s5_4">
    <title>5.4. Theorem 6</title>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Let a and b be two integers with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. The sequence of successive quotients in Euclid’s algorithm (of length n) starting with a and b is symmetric if and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and we then have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-13">
      [13]
     </xref>.</p>
    <p>Let’s prove the lemma. We have just seen that the sequence of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is increasing, that the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are of alternating sign, with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of the sign of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, and that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Suppose 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Show that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. We notice that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Like 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, we deduce that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Moreover, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, therefore 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Suppose 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Wich means 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. The euclidian division of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> par 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> gives</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Since 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. So 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>From where</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Euclid’s algorithm of a by b would be of length 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Contradiction, so 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. It is then clear that the sequences 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are equa. In addition, we have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Let us now suppose the sequences 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> equal. So we have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. We also always have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> which implies that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and ends the proof of the lemma. Let’s use the above to prove the theorem. A necessary condition for a primitive solution of the equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> to exist is that 4 does not divide a and that all odd primes dividing a are congruent to 1 mod 4 (this is a condition for −1 to be a square mod a). We now assume so. There is then an integer 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>; Let’s choose one.</p>
    <p>By applying</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and by denoting 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> the successive remainders as before, we obtain that the roots 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> check</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Although of course 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Let us show that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the first remainder less than 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msqrt> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math>. Let us first note that for any integer i, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>Indeed, as 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, by squaring, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>; since 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the congruence can be deduced from this. Suppose that there exists 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math>. Then, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and we necessarily have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. On the other hand, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. All that remains is to show that with the nearest transformation by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, there is only one solution 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> to the equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> of quotient x/y mod has given, which will imply that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and therefore 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. To do this, let’s take two pairs 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> with 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. So we have the equations 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <msup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, for r an integer. Let us eliminate 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
     </math> in the second equation. We easily obtain the equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <msup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> whose discriminant must be positive (and even a square in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ℤ 
      </mi> 
     </math>); it is 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. We therefore necessarily have 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, or 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo> 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. For 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we get 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <msup> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, for 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo> 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we get 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, which proves our assertion. In conclusion, we have shown that the different choices of b verifying 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> give the different primitive solutions of the equation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, with the nearest transformation by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, in the following way: the solution is given by the first pair of remainders less than 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msqrt> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msqrt> 
      </mrow> 
     </math> in Euclid’s algorithm of a by such a b. For an odd divisible only by prime numbers congruent to à 1 mod 4, we find 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> solutions, where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        λ 
      </mi> 
     </math> is the number of prime factors in the decomposition of n (if p is odd, −1 is a square in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </msup> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mo> 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> if and only if 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ≡ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         mod 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and then there are exactly two solutions; then use the Chinese remainder theorem).</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. What Is the Motivation for Adapting the Cornacchia Algorithm to More Complex Cases?</title>
   <p>The adaptation of the Cornacchia algorithm for complex cases allows to gain in efficiency and speed during the calculations involved in various fields of Cryptography, which makes it an interesting tool to strengthen the security and performance of Cryptographic systems.</p>
   <sec id="s6_1">
    <title>Examples 2</title>
   </sec>
   <sec id="s6_2">
    <title>6.1. Some Examples of Applications of Cornacchia’s Algorithm for Specific Quadratic Forms</title>
    <p>In any case, Cornacchia’s algorithm provides a systematic way to find integer solutions to quadratic equations, exploiting the particular properties of each quadratic form. It is a very powerful tool in number theory. In any case, Cornacchia’s algorithm provides a systematic way to find integer solutions to quadratic equations, exploiting the particular properties of each quadratic form. It is a very powerful tool in number theory.</p>
   </sec>
   <sec id="s6_3">
    <title>6.2. Let’s Discuss the Computational Complexity of the Cornacchia Algorithm</title>
    <p>The Cornacchia algorithm is an efficient method for solving the Pell-Fermat equation, which has the following form: 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> where D is a positive non-square integer. The computational complexity of the adapted Cornacchia algorithm depends mainly on two factors:</p>
    <p>1) The size of the numbers involved in the calculation:</p>
    <p>2) The number of iterations needed to find a solution:</p>
    <p>In conclusion, the complexity of the adapted Cornacchia algorithm can be characterized as follows:</p>
    <p>The actual complexity therefore depends heavily on the value of D and the size of the numbers involved. For relatively small D values, the adapted Cornacchia algorithm is usually very efficient and can be used to solve reasonably sized Pell-Fermat equations <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-14">
      [14]
     </xref>.</p>
   </sec>
   <sec id="s6_4">
    <title>6.3. How Does Cornacchia’s Algorithm Compare to the Algecta of Cornacchia Origin in Terms of Efficiency and Practice?</title>
    <p>Let’s go through a comparison between the adapted Cornacchia algorithm and the original one.</p>
    <p>In summary, the adapted Cornacchia algorithm is generally more efficient and more convenient to implement than the original algorithm, especially for very large D values. However, for relatively small D values, the two algorithms have similar performance.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s7">
   <title>7. Elaborating on the Criteria for Determining Whether a Primitive Positive Solution Is Admissible. Providing Clear Guidance and Rationale for These Criteria</title>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135915-"></xref>The criteria for determining whether a primitive solution to the Pell-Fermat equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is admissible are as follows:</p>
   <p>1) Positivities of solutions</p>
   <p>2) Minimality of the solution</p>
   <p>3) Uniqueness of the primitive solution</p>
   <p>4) Pell condition</p>
   <sec id="s7_1">
    <title>7.1. Guidelines for Verifying Whether a Solution Is Acceptable</title>
    <p>1) Verify that the values of x and y are positive integers.</p>
    <p>2) Calculate the product 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and check that it is equal to 1.</p>
    <p>3) Compare the candidate solution to already known solutions to identify the smallest in value.</p>
    <p>4) Make sure that there are no other primitive solutions for the same value of D. By following these criteria, it can be guaranteed that the solution identified is the unique and fundamental primitive solution of the Pell-Fermat equation for the value of D considered.</p>
   </sec>
   <sec id="s7_2">
    <title>7.2. Discussion of the Possible Range of Solutions for Given Quadratic Forms, Are There Any Constraints or Special Cases Where the Adapted Algorithm Does Not Work</title>
    <p>The range of possible solutions for the equations of the quadratic form 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         – 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (Pell-Fermat equation) depends on several factors.</p>
    <p>1) Valeur of D</p>
    <p>2) Sign of solutions</p>
    <p>3) Solution size</p>
   </sec>
   <sec id="s7_3">
    <title>7.3. Regarding Constraints or Special Cases or Adapted of Cornacchia May Not Work</title>
    <p>1) Ineligible D values.</p>
    <p>2) Numerical precision problems.</p>
    <p>To overcome these problems, it may be necessary to use arbitrarily precise calculation libraries or to adapt the algorithm to better handle very large values.</p>
    <p>In summary: the range of possible solutions for the Pell-Fermat equations is very wide and depends mainly on the value of D. however, the adapted Cornacchia algorithm may encounter limitations when values become very large, requiring adaptations to ensure its robustness.</p>
   </sec>
   <sec id="s7_4">
    <title>7.4. Let Us Give More Detailed Examples, Especially for Generalist Generative Forms, Which Could Help Illustrate the Application of the Cornacchia Algorithm. Then Discuss the Potential Applications of These Findings in Other or Related Areas of Mathematics That Can Provide Additional Context and Motivation for Research</title>
    <p>1) Quadratic generating forms:</p>
    <p>2) Cubic generating forms.</p>
    <p>3) Higher-order generative forms.</p>
   </sec>
   <sec id="s7_5">
    <title>7.5. Regarding the Potential Equations of These Results, We Can Mention</title>
    <p>1) Number theory and number geometry.</p>
    <p>2) Diophantine équations</p>
    <p>3) Additive number theory.</p>
    <p>4) Cryptography and number theory.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s8">
   <title>8. Conclusions</title>
   <p>Cornacchia’s algorithm is good for the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> if all the primitive positive integer solutions of the equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are admissible, i.e. computable by the algorithmic process. In addition, the Cornacchia algorithm is good in the following cases:</p>
   <p>1) 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with d and n positive integers;</p>
   <p>2) 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        16 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> et 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          16 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         8 
       </mn> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> and n integer ≥2sup(a, c).</p>
  </sec>
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