论拓展中国剩余定理

本文介绍了中国剩余定理的基本概念及其在不同质数模条件下的应用,并进一步探讨了拓展中国剩余定理,在非互质模条件下求解同余方程组的方法。

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Expended Chinese remainder theorem

中国剩余定理:

i{1,2,..n}pi是质数,有:

xa1modp1

xa2modp2

xanmodpn

等价于

xa1M1M11+a2M2M12+...+anMnM1nmodM

其中:

M=p1p2...pn

Mi=M/pi

M1iMi0modpi

在此不对中国剩余定理进行证明,因为证明很显然。

拓展中国剩余定理:

对于任意的整数p1p2,有:

xa1modp1

xa2modp2

在有解的情况下等价于:

xa1+p1a2a1dInv(p1d,p2d)modp1p2d

其中:

d=gcd(p1,p2)

Inv(a,b)表示在模b意义下a的逆元。

证明这个定理:

xa1modp1等价于x=a1+p1k1(口头上可以这样说:x能表示成 a1k1p1的形式。)

xa2modp2等价于x=a2+p2k2(口头上可以这样说:x能表示成 a2k2p2的形式。)

(上式中的k1,k2均为整数)

那么我们就有对于所有可行的k1,k2,满足:a1+p1k1=a2+p2k2

变化一下形式:p1k1=(a2a1)+p2k2

gcd(p1,p2)=d,说明d|(a2a1)。(p1k1p2k2=(a2a1),所以(a2a1)一定是d的倍数。)

这个时候,如果d(a2a1)说明该方程组无解,否则有解。

把d这个因此除掉:p1dk1a2a1d+p2dk2

这个式子还能说明:p1dk1a2a1dmodp2d

两边同时乘以(p1d)1:

k1a2a1d(p1d)1modp2d

k1=a2a1dInv(p1d,p2d)+tp2d,现在我们可以把k1带回原式了。

x=a1+(a2a1dInv(p1d,p2d)+tp2d)p1=a1+p1a2a1dInv(p1d,p2d)+p1p2dt

所以:

x=a1+p1a2a1dInv(p1d,p2d)modp1p2d

得证。

主要思想:

证明的正确性仍然是依照中国剩余定理,证明的思路就是把参数k1用含有常数的模方程表示出来,然后再带回原式。

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