和與餘數的和同餘理解 模和同餘定理

2021-10-16 15:28:35 字數 1933 閱讀 3505

一、什麼是餘數

在整數的除法中,只有能整除與不能整除兩種情況。當不能整除時,就產生餘數。我們在讀小學二年級時,已經學了帶餘數的出發了,我們來溫習一下。

通過做了這麼多年除法,我們可以理解到,餘數是指整數除法中被除數未被除盡部分,且餘數的取值範圍為0到除數之間(不包括除數)的整數,也就是說餘數一定比除數小。乙個數除以另乙個數,要是比另乙個數小的話,商為0,餘數就是它自己。

二、餘數的性質

餘數有如下一些重要性質(a,b,c均為自然數)

餘數和除數的差的絕對值要小於除數的絕對值(適用於實數域

被除數=除數×商+餘數;

除數=(被除數-餘數)÷商;

商=(被除數-餘數)÷除數;

餘數=被除數-除數×商。

如果a,b除以c的餘數相同,那麼a與b的差能被c整除。例如,17與11除以3的餘數都是2,所以17-11能被3整除。

a與b的和除以c的餘數(a、b兩數除以c在沒有餘數的情況下除外),等於a,b分別除以c的餘數之和(或這個和除以c的餘數)。例如,23,16除以5的餘數分別是3和1,所以(23+16)除以5的餘數等於3+1=4。注意:當餘數之和大於除數時,所求餘數等於餘數之和再除以c的餘數。例如,23,19除以5的餘數分別是3和4,所以(23+19)除以5的餘數等於(3+4)除以5的餘數。

a與b的乘積除以c的餘數,等於a,b分別除以c的餘數之積(或這個積除以c的餘數)。例如,23,16除以5的餘數分別是3和1,所以(23×16)除以5的餘數等於3×1=3。注意:當餘數之積大於除數時,所求餘數等於餘數之積再除以c的餘數。例如,23,19除以5的餘數分別是3和4,所以(23×19)除以5的餘數等於(3×4)除以5的餘數。

三、三大餘數定理

加法定理

a與b的和除以c的餘數,等於a、b分別除以c的餘數之和,或這個和除以c的餘數。

比如:23÷5=4.....3

16÷5=3.....1

(23+16)÷5=7.....(4=3+1)

乘法定理

a與b的積除以c的餘數,等於a、b分別除以c的餘數之積,或這個積除以c的餘數。

比如:23÷5=4.....3

16÷5=3.....1

(23x16)÷5=73.....(3=3x1)

同餘定理

若兩個整數a、b被自然數m除有相同的餘數,那麼稱a、b對應模m同餘,記為同余式a≡b (mod m)。由同餘的性質,我們可以得到乙個推論:若a、b同餘,則a、b的差一定能被m整除,記為如果a≡b (mod m),那麼一定有a-b=mk,k為整數。

四、模的理解

結合餘數的定義、性質和同餘定理,我們可以這樣去理解:模就像是乙個計量系統的計數範圍,實質上是計量系統產生「溢位」的量,它的值在計量器上表示不出來,計量器上只能表示出模的餘數。如時鐘只能表示0~11點的數值,12則是該時鐘的模,當值大於等於12時,則需要對時鐘的模(12)進行取餘運算,得到該計量系統的值。

還是以時鐘計量系統位例,假設當前時針指向11點,而準確時間是8點,調整時間可有以下兩種撥法:

一種是倒撥3小時,即:11-3=8

另一種是順撥9小時:11+9=12+8=8

在以模為12的系統中,加9和減3效果是一樣的,因此凡是減3運算,都可以用加9來代替。對「模」12而言,9和3互為補數(二者相加等於模)。

所以我們可以得出乙個結論,即在有模的計量系統中,當某個值a, 需要做乙個減法運算(a - b = x),得到某個想要的結果x時。我們可以化減為加,使得a + c也能得到想要的結果x。那麼b和c就是互為補數,他們相加得到的值就是該計量系統的模,減b和加c的行為是同餘的,既(a - b) mod 模 = x ,(a + c) mod 模 = x。根據這個結論,我們就不難理解計算機系統採用補碼來表示數值了。首先計算機儲存有位數限制,比如8位、16位、32位等,那麼不同位數的二進位制的模等於2n,比如有符號位的8位整數,模為28=256,我們來求一下(-13)10的二進位制補碼,首先求補數 256-13=243,轉為二進位制1111 0011‬,即為(-13)10的補碼。

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