<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">24363</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2023.024363</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>On the Mean Value of High-Powers of a Special Character Sum Modulo a Prime</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">On the Mean Value of High-Powers of a Special Character Sum Modulo a&#x00A0;Prime</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">On the Mean Value of High-Powers of a Special Character Sum Modulo a Prime</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Yuan</surname><given-names>Xiaodan</given-names></name><email>yuanxd@stumail.nwu.edu.cn</email></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Zhang</surname><given-names>Wenpeng</given-names></name></contrib>
<aff id="aff-1"><institution>School of Mathematics, Northwest University</institution>, <addr-line>Xi&#x2019;an</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Xiaodan Yuan. Email: <email>yuanxd@stumail.nwu.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2023-01-04"><day>04</day>
<month>01</month>
<year>2023</year></pub-date>
<volume>136</volume>
<issue>1</issue>
<fpage>943</fpage>
<lpage>953</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>29</day><month>5</month><year>2022</year></date>
<date date-type="accepted"><day>07</day><month>9</month><year>2022</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2023 Yuan and Zhang</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Yuan and Zhang</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_24363.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this paper, we use the elementary methods, the properties of Dirichlet character sums and the classical Gauss sums to study the estimation of the mean value of high-powers for a special character sum modulo a prime, and derive an exact computational formula. It can be conveniently programmed by the &#x201C;Mathematica&#x201D; software, by which we can get the exact results easily.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Quadratic character</kwd>
<kwd>the classical gauss sums</kwd>
<kwd>the mean value of high-power</kwd>
<kwd>computational formula</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>Let <italic>p</italic> be an odd prime, the quadratic character modulo <italic>p</italic> is called the Legendre symbol, which is defined by
<disp-formula id="ueqn-1">
<mml:math id="mml-ueqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>a</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>is</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>quadratic</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>residue</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>modulo</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>a</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>is</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>quadratic</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>non-residue</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>modulo</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2223;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Many mathematicians have studied the properties of the Legendre symbol and obtained a series of important results (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>]). Perhaps the most representative properties of the Legendre&#x2019;s symbol are as follows:</p>
<p>Let <italic>p</italic> and <italic>q</italic> be two distinct odd primes, then one has the quadratic reciprocal formula (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]: Theorem 9.8 or [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]: Theorems 4&#x2013;6)
<disp-formula id="ueqn-2">
<mml:math id="mml-ueqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>For any odd prime <italic>p</italic> with <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, there exists two non-zero integers <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> such that (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]: Theorems 4&#x2013;11)
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In fact, the integers <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> can be represented by the Jacobsthal sums <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which is (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]: Definition of the Jacobsthal sums)
<disp-formula id="ueqn-3">
<mml:math id="mml-ueqn-3" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <italic>s</italic> is any quadratic non-residue modulo <italic>p</italic>.</p>
<p>Now we consider a sum <italic>A(r)</italic> be similar to <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For any integers <italic>r</italic> with <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, let <italic>A(r)</italic> and <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> be defined as follows:
<disp-formula id="ueqn-4">
<mml:math id="mml-ueqn-4" display="block"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In this paper, we give an exact computational formula for <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and prove the following result:</p>
<p><bold>Theorem.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, for any integer <italic>k</italic>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-5">
<mml:math id="mml-ueqn-5" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <italic>d</italic> and <italic>b</italic> are uniquely determined by <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>From this Theorem, we can immediately deduce the following four Corollaries:</p>
<p><bold>Corollary 1.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then we have
<disp-formula id="ueqn-6">
<mml:math id="mml-ueqn-6" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Corollary 2.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have
<disp-formula id="ueqn-7">
<mml:math id="mml-ueqn-7" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Corollary 3.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then we have
<disp-formula id="ueqn-8">
<mml:math id="mml-ueqn-8" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Corollary 4.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have
<disp-formula id="ueqn-9">
<mml:math id="mml-ueqn-9" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>18</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Some notes:</bold> In our Theorem, we only discuss the case <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>. If <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the result is trivial, see Proposition 6.1.2 in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. In this case, for any integer <italic>r</italic> with <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-10">
<mml:math id="mml-ueqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, for all prime <italic>p</italic> with <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>In addition, our Theorem holds for all negative integers.</p>
<p>Obviously, the advantage of our work is that it can transfer a complex mathematical computational problem into a simple form suitable for computer programming. It means that for any fixed prime <italic>p</italic> with <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and integer <italic>k</italic>, the exact value of <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be calculated by our Theorem and a simple computer program. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we give an example to calculate the exact results of the prime number <italic>p</italic> within 200 satisfying conditions <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The exact results of calculation are summarised in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1"><label>Table 1</label><caption><title>The calculation of <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left"><italic>p</italic></th>
<th align="left"><italic>d</italic></th>
<th align="left"><italic>b</italic></th>
<th align="left"><italic>k</italic></th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1000"><mml:math id="mml-ieqn-1000"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>294</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td align="left">7</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1001"><mml:math id="mml-ieqn-1001"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>700</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6574</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1002"><mml:math id="mml-ieqn-1002"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>20580</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>152054</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>38</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1003"><mml:math id="mml-ieqn-1003"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>56</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2166</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">19</td>
<td align="left">7</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1004"><mml:math id="mml-ieqn-1004"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5329</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>126598</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1005"><mml:math id="mml-ieqn-1005"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>424536</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7514006</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>62</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr><td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1006"><mml:math id="mml-ieqn-1006"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>308</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5766</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td align="left">31</td>
<td align="left">4</td>
<td align="left">2</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1007"><mml:math id="mml-ieqn-1007"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>47740</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>631102</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1008"><mml:math id="mml-ieqn-1008"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6215748</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>73396406</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>62</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>122</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1009"><mml:math id="mml-ieqn-1009"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>182</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>22326</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">61</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">3</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1010"><mml:math id="mml-ieqn-1010"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>55510</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4118782</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1011"><mml:math id="mml-ieqn-1011"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>14221662</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>61</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>763839926</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>146</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1012"><mml:math id="mml-ieqn-1012"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1190</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>31974</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td align="left">73</td>
<td align="left">7</td>
<td align="left">3</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1013"><mml:math id="mml-ieqn-1013"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>434350</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8418406</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1014"><mml:math id="mml-ieqn-1014"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>133171710</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>73</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2360507414</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>194</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1015"><mml:math id="mml-ieqn-1015"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1330</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>56454</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">97</td>
<td align="left">19</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1016"><mml:math id="mml-ieqn-1016"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>645050</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>18197014</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1017"><mml:math id="mml-ieqn-1017"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>262793370</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>97</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6153247574</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>206</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1018"><mml:math id="mml-ieqn-1018"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1820</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>63654</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">103</td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">3</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1019"><mml:math id="mml-ieqn-1019"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>937300</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>22981486</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1020"><mml:math id="mml-ieqn-1020"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>405475980</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>103</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8087165174</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>302</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1021"><mml:math id="mml-ieqn-1021"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1748</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>136806</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">151</td>
<td align="left">19</td>
<td align="left">3</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1022"><mml:math id="mml-ieqn-1022"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1319740</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>65028622</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1023"><mml:math id="mml-ieqn-1023"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>836979108</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>151</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>31764871286</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>326</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1024"><mml:math id="mml-ieqn-1024"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3400</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>159414</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">163</td>
<td align="left">25</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1025"><mml:math id="mml-ieqn-1025"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2771000</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>89513446</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1026"><mml:math id="mml-ieqn-1026"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1897026600</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>163</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>53193475094</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>362</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1027"><mml:math id="mml-ieqn-1027"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3458</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>196566</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td align="left">181</td>
<td align="left">7</td>
<td align="left">5</td>
<td align="left">1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-1028"><mml:math id="mml-ieqn-1028"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3129490</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>118693102</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
<tr><td/>
<td/>
<td/>
<td/><td align="left"><inline-formula id="ieqn-1029"><mml:math id="mml-ieqn-1029"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2379038298</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>181</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>75272130806</mml:mn></mml:math></inline-formula></td></tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>Several Lemmas</title>
<p>In this section, we give some simple Lemmas, which are necessary in the proofs of our Theorem. In addition, we need some properties of the classical Gauss sums and character sums, which can be found in many number theory books, such as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] or [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], and we will not repeat them. First, we have the following:</p>
<p><bold>Lemma 1.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime with <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, for any third-order character <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> modulo <italic>p</italic>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-11">
<mml:math id="mml-ueqn-11" display="block"><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the classical Gauss sums with <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>d</italic> is the same as the one in the Theorem.</p>
<p><bold>Proof.</bold> See references [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] or [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>].</p>
<p><bold>Lemma 2.</bold> Let <italic>p</italic> be an odd prime, for any non-principal character <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi></mml:math></inline-formula> modulo <italic>p</italic>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-12">
<mml:math id="mml-ueqn-12" display="block"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the Legendre&#x2019;s symbol modulo <italic>p</italic>.</p>
<p><bold>Proof.</bold> From the properties of the classical Gauss sums we have
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>On the other hand, for any integer <italic>b</italic> with <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, from the identity
<disp-formula id="ueqn-13">
<mml:math id="mml-ueqn-13" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>we also have
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eqs. (2)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> we have the identity
<disp-formula id="ueqn-14">
<mml:math id="mml-ueqn-14" display="block"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>or
<disp-formula id="ueqn-15">
<mml:math id="mml-ueqn-15" display="block"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>This proves Lemma 2.</p>
<p><bold>Lemma 3.</bold> Let <italic>p</italic> be a prime <italic>p</italic> with <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then for any integer <italic>r</italic> with <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and three order character <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> modulo <italic>p</italic>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-16">
<mml:math id="mml-ueqn-16" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof.</bold> From the characteristic function of the cubic residue modulo <italic>p</italic>, we have
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>a</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>is</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>cubic</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>residue</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>modulo</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>otherwise</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref> we have
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>From the properties of the classical Gauss sums, we have
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Taking <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> in Lemma 2, we have
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>, from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eqs. (6)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> we have
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, we also have
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Combining <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eqs. (5)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> we can deduce that
<disp-formula id="ueqn-17">
<mml:math id="mml-ueqn-17" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>This proves Lemma 3.</p>
<p><bold>Lemma 4.</bold> Let <italic>p</italic> be any odd prime with <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then for any integers <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <italic>r</italic> with <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have the third order recursive formula
<disp-formula id="ueqn-18">
<mml:math id="mml-ueqn-18" display="block"><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <italic>d</italic> is the same as defined in the Theorem.</p>
<p><bold>Proof.</bold> Note that <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the principal character modulo <italic>p</italic>, from Lemma 1 and Lemma 3 we have
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Indeed, for any integer <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> we have the third order recursive formula
<disp-formula id="ueqn-19">
<mml:math id="mml-ueqn-19" display="block"><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>This proves Lemma 4.</p>
<p><bold>Lemma 5.</bold> Let <italic>p</italic> be any odd prime with <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then we have
<disp-formula id="ueqn-20">
<mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="ueqn-21">
<mml:math id="mml-ueqn-21" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>for all</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>4.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof.</bold> From the definition
<disp-formula id="ueqn-22">
<mml:math id="mml-ueqn-22" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>and the orthogonality of characters modulo <italic>p</italic>, we have
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> we also have
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then from Lemma 4 we have
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Now Lemma 5 follows from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eqs. (11)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Proof of the Theorem</title>
<p>In this section, we complete the proof of our Theorem. It is clear that the characteristic equation of the third order linear recursive formula
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula>is
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> we have
<disp-formula id="ueqn-23">
<mml:math id="mml-ueqn-23" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is clear that the three roots of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref> are <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Indeed, the general term of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> is
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>From Lemma 5 we have
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Solving the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> we can get <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eq. (17)</xref> we have
<disp-formula id="ueqn-24">
<mml:math id="mml-ueqn-24" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>This proves our Theorem.</p>
<p>Obviously, using Lemma 4 we can also extend <italic>k</italic> in Lemma 5 to all negative integers, which leads to the Corollary 1 and the Corollary 2.</p>
<p>This completes the proofs of our all results.</p>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Conclusion</title>
<p>In this paper, we give an exact computational formula for <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which is, for any integer <italic>k</italic>, we have the identity
<disp-formula id="ueqn-25">
<mml:math id="mml-ueqn-25" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <italic>d</italic> and <italic>b</italic> are uniquely determined by <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Meanwhile, the problems of calculating the mean value of high-powers of quadratic character sums modulo a prime are given.</p>
<p>In the end, we use the mathematical software &#x201C;Mathematica&#x201D; to program and calculate the exact values of <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of the prime number <italic>p</italic> within 200 satisfying conditions <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, as shown in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. Its application can also extend to <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> that satisfies conditions <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x2261;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> (where <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) for any <italic>k</italic>. See the <xref ref-type="sec" rid="app1">Appendix A</xref> for this specific computer program.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>The authors would like to thank the editor and referees for their suggestions and critical comments that substantially improve the presentation of this work.</p>
</ack>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> This work was supported by the N. S. F. (12126357) of China.</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ankeny</surname>, <given-names>N. C.</given-names></string-name></person-group> (<year>1952</year>). <article-title>The least quadratic non-residue</article-title>. <source>Annals of Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>55</volume><italic>,</italic> <fpage>65</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/1969420</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Peralta</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>On the distribution of quadratic residues and non-residues modulo a prime number</article-title>. <source>Mathematics of Computation</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>,</italic> <fpage>433</fpage>&#x2013;<lpage>440</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0025-5718-1992-1106978-9</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Consecutive numbers with the same legendre symbol</article-title>. <source>Proceedings of the American Mathematical Society</source><italic>,</italic> <volume>130</volume><italic>,</italic> <fpage>2503</fpage>&#x2013;<lpage>2507</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0002-9939-02-06600-5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hummel</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>On consecutive quadratic non-residues: A conjecture of Issai Schur</article-title>. <source>Journal of Number Theory</source><italic>,</italic> <volume>103</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>257</fpage>&#x2013;<lpage>266</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jnt.2003.06.003</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Garaev</surname>, <given-names>M. Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>A note on the least quadratic non-residue of the integer-sequences</article-title>. <source>Bulletin of the Australian Mathematical Society</source><italic>,</italic> <volume>68</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0004972700037369</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kohnen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>An elementary proof in the theory of quadratic residues</article-title>. <source>Bulletin of the Korean Mathematical Society</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>275</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.4134/BKMS.2008.45.2.273</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yuk-Kam</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jie</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>On the least quadratic non-residue</article-title>. <source>International Journal of Number Theory</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><italic>,</italic> <fpage>423</fpage>&#x2013;<lpage>435</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S1793042108001432</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Schinzel</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Primitive roots and quadratic non-residues</article-title>. <source>Acta Arithmetica</source><italic>,</italic> <volume>149</volume><italic>,</italic> <fpage>161</fpage>&#x2013;<lpage>170</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.4064/aa149-2-5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wright</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Quadratic residues and non-residues in arithmetic progression</article-title>. <source>Journal of Number Theory</source><italic>,</italic> <volume>133</volume><issue>(7)</issue><italic>,</italic> <fpage>2398</fpage>&#x2013;<lpage>2430</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jnt.2013.01.004</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dummit</surname>, <given-names>D. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dummit</surname>, <given-names>E. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kisilevsky</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Characterizations of quadratic, cubic, and quartic residue matrices</article-title>. <source>Journal of Number Theory</source><italic>,</italic> <volume>168</volume><italic>,</italic> <fpage>167</fpage>&#x2013;<lpage>179</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jnt.2016.04.014</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>&#x0162;iplea</surname>, <given-names>F. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iftene</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Te&#x015F;eleanu</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nica</surname>, <given-names>A. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>On the distribution of quadratic residues and non-quadratic residues modulo composite integers and applications to cryptography</article-title>. <source>Applied Mathematics and Computation</source><italic>,</italic> <volume>372</volume><italic>,</italic> <fpage>124993</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>T. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lv</surname>, <given-names>X. X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>The quadratic residues and some of their new distribution properties</article-title>. <source>Symmetry</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>421</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meng</surname>, <given-names>Y. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The mean values of character sums and their applications</article-title>. <source>Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>318</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Apostol</surname>, <given-names>T. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>1976</year>). <source>Introduction to analytic number theory</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>W. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>H. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <source>Elementary number theory</source>. <publisher-loc>Xi&#x2019;an, China</publisher-loc>: <publisher-name>Shaanxi Normal University Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Berndt</surname>, <given-names>B. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Evans</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Williams</surname>, <given-names>K. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>1999</year>). <chapter-title>Gauss and jacobi sums</chapter-title>. <source>The Mathematical Gazette</source><italic>,</italic> <volume>83</volume><issue>(497)</issue><italic>,</italic> <fpage>349</fpage>&#x2013;<lpage>351</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Narkiewicz</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>1986</year>). <source>Classical problems in number theory</source>. <publisher-loc>Warszawa</publisher-loc>: <publisher-name>Polish Scientifc Publishers</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>W. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hu</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>The number of solutions of the diagonal cubic congruence equation</article-title> <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mrow><mml:mtext>mod</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <source>Mathematical Reports</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>73</fpage>&#x2013;<lpage>80</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Berndt</surname>, <given-names>B. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Evans</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1981</year>). <article-title>The determination of gauss sums</article-title>. <source>Bulletin of the American Mathematical Society</source><italic>,</italic> <volume>5</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>107</fpage>&#x2013;<lpage>128</lpage>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
<app-group id="appg1">
<app id="app1"><label> </label>
<title>Appendix A.</title>
<p><italic>Clear</italic>[<italic>b</italic>]</p>
<p><italic>Clear</italic>[<italic>p</italic>];</p>
<p><italic>Clear</italic>[<italic>a</italic>];</p>
<p><italic>Clear</italic>[<italic>d</italic>];</p>
<p><inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><italic>Array</italic>[<italic>p</italic>, 20];</p>
<p><inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x003C;=</mml:mo><mml:mn>10000</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">Prime</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>==</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">Prime</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>==</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">Break</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>, ]</p>
<p>]</p>
<p><inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><italic>Array</italic>[<italic>d</italic>, 20];</p>
<p><inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x003C;=</mml:mo><mml:mn>10000</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>==</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>==</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">Break</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>, ]</p>
<p>]</p>
<p><italic>S</italic>[<italic>pi</italic>, <italic>di</italic>, <italic>bi</italic>, <italic>ki</italic>]: &#x003D; (1/3) &#x2217; (<italic>di<sup>k</sup>i</italic> &#x002B; ((&#x2212;<italic>di</italic> &#x002B; 9 &#x2217; <italic>bi</italic>)/2)<italic><sup>k</sup>i</italic> &#x002B; ((&#x2212;<italic>di</italic> &#x2212;9 &#x2217; <italic>bi</italic>)/2)<italic><sup>k</sup>i</italic>)</p>
<p><inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x003C;=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x003C;=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><italic>If</italic>[<italic>Element</italic>[<italic>b</italic>, <italic>Integers</italic>],</p>
<p><inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x003C;=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">Print</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>&#x0022;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=&#x0022;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0022;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=&#x0022;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0022;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=&#x0022;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0022;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=&#x0022;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mo>&#x0022;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=&#x0022;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>],</p>
<p>]</p>
<p>]</p>
<p>]</p>
</app>
</app-group>
</back>
</article>