中國剩餘定理 從構造特解到找出通解

2021-07-15 22:00:58 字數 1626 閱讀 9617

曾以為中國剩餘定理不在我所能理解的範圍之內,起碼,不在我能證明的範圍之內——因為描述它的這堆符號的緣故。如果你也覺得這個定理的描述用到了許多高階的符號,請閱讀本文。

聽說別的學校的同學已經能用中國剩餘定理a題了。放在以前,我可以想,畢竟,他們比我高乙個年級。今天,我正想這樣想,發現自己已經是高二選手啦!恰逢今天下午去數學競賽那裡蹭了半節課,雖然老師講得有些無聊,提前一小時回家了,但我覺得今天是個適合搞數學的日子。計畫中該寫作業來著……

解線性方程組,其中m1

,m2,

…,mn

兩兩互質。 x≡

a1(modm1

)x≡a

2(modm2)

⋯x≡a

n(modmn)

設x=12a+34

b ,則x≡

12a(mod34)

,x≡34

b(mod12

) 。這個事實啟發我們把解寫成和的形式 x=

k1a1

+k2a

2+⋯+

knan

係數ki

就好比開關,幫助我們在必要的時候遮蔽掉某些項。

為了在模m1

的時候得到a1

,k2,

k3,…

,kn 必須含m1

這個因子;為了在模m2

的時候得到a1

,k1,

k3,…

,kn 必須含m2

這個因子。把所有這些要求綜合起來,我們有 mm

i|ki

m=m1

m2⋯m

n 現在,x≡k

iai(

modmi)

。於是,對ki

,我們提出乙個新的要求:ki

≡1(modmi

) 。由於ki

已經是mm

i 的倍數了,所以,令ki

=mmi

(mmi

)−1,

mmi(

mai)

−1≡1

(modmi

) 即可達成目標。

m兩兩互質,保證了這個逆元的存在性。

好啦,構造成功。形式化地寫下來: m=

∏i=1

nmim

i=mm

imim

−1i≡

1(modmi)

x=∑i

=1nm

im−1

iai

顯然,x+k

m 都是這個方程組的解。讓我們來推導這個事實,表明該形式的必要性。設x

1 ,x2

是方程組的兩個解,代入每個方程,得x1

≡x2(

modmi)

,即(x

2−x1

) 是mi

的整數倍,進而有(x

2−x1

) 是所有m的公倍數的整數倍。不妨設x2

>x1

,則該整數倍最小為1。令公倍數為最小公倍數,由於m兩兩互質,它們的最小公倍數等於m。這樣,我們最小化了(x

2−x1

) ,它等於m。所以,原方程組的通解為 x≡

∑i=1

nmim

−1ia

i(modm)

先寫到這裡。做到有關的題再補充定理的應用。

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