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費馬於1636年發現了這個定理。在一封1640年10月18日的信中他第一次使用了上面的書寫方式。
費馬對梅森說：“我發現了費馬小定理，這個可以用來檢驗素數。”
梅森說：“我知道，一個數字是一個素數減一次方除以這個素數，餘數一定可以得到1。”
費馬說：“比如2的100次方除以13得到的餘數是幾？根據費馬小定理公式計算，得到就是3.”
梅森說：“那你如何進行素數檢驗？”
費馬說：“利用隨機化演算法判斷一個數是合數還是可能是素數。”
梅森說：“怎麼個隨機法？”
費馬說：“根據我的辦法，想要判斷一個數n是不是素數，隨機選取一個比n小的數a，得出這個a的n減去一次方，然後除以這個數，是不是會餘1.”
梅森感覺有些繞，問：“然後呢？”
費馬說：“如果餘數不是1，就說明一定是合數。”
梅森搖搖頭說：“如果餘數是1，也許是個合數呢？你這個不嚴謹啊。”
費馬說：“沒錯，如果選取了很多個小數餘數都等於1。”
梅森搖搖頭說：“那也不見得一定是素數。”
費馬說：“如果不是素數，那也可以稱之為偽素數。”
梅森搖搖頭說：“這隻能確定一定是不是合數，卻不敢肯定一定是素數，只能知道是不是偽素數。”
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