证明欧几里得定理(这是一位刚学数论的初三生发明的方法)

欧几里得定理:gcd(a,b)=gcd(b,a%b)\text{gcd}(a,b)=\text{gcd}(b,a\%b)gcd(a,b)=gcd(b,a%b)

证明如下:

设: g=gcd(a,b)g=\text{gcd}(a,b)g=gcd(a,b)a=k1×ga=k_1 \times ga=k1×gb=k2×gb=k_2 \times gb=k2×g

其中 k1,k2k_1,k_2k1,k2 满足条件 gcd(k1,k2)=1\text{gcd}(k_1,k_2)=1gcd(k1,k2)=1

则问题转化为证明:

gcd(k2×g,(k1−t×k2)×g)=g\text{gcd}(k_2 \times g,(k_1-t \times k_2) \times g)=ggcd(k2×g,(k1t×k2)×g)=g,其中 t=⌊k1/k2⌋t=\lfloor k1 / k2 \rfloort=k1/k2

g×gcd(k2,k1−t×k2)=gg \times \text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=gg×gcd(k2,k1t×k2)=g

gcd(k2,k1−t×k2)=1\text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=1gcd(k2,k1t×k2)=1

则问题转化为证明:

gcd(k2,k1−t×k2)=1\text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=1gcd(k2,k1t×k2)=1

运用 我今天刚学的 反证法:

gcd(k2,k1−t×k2)=v\text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=vgcd(k2,k1t×k2)=v,其中 v≠1v \neq 1v=1

k2=p1×vk_2=p_1 \times vk2=p1×v(k1−t×k2)=p2×v(k_1-t \times k_2)=p_2 \times v(k1t×k2)=p2×v

k1=p2×v+t×p1×vk_1=p_2 \times v + t \times p1 \times vk1=p2×v+t×p1×v

k1=v×(p2+t×p1)k_1=v \times (p_2+t \times p_1)k1=v×(p2+t×p1)

所以 k1k_1k1k2k_2k2 有共同因子 vvv,与 gcd(k1,k2)=1\text{gcd}(k_1,k_2)=1gcd(k1,k2)=1 矛盾。

所以 gcd(k2,k1−t×k2)=1\text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=1gcd(k2,k1t×k2)=1

所以 g×gcd(k2,k1−t×k2)=gg \times \text{gcd}(k_2,k_1-t \times k_2)=gg×gcd(k2,k1t×k2)=g

所以 gcd(k2×g,(k1−t×k2)×g)=g\text{gcd}(k_2 \times g,(k_1-t \times k_2) \times g)=ggcd(k2×g,(k1t×k2)×g)=g

所以 gcd(a,b)=gcd(b,a%b)\text{gcd}(a,b)=\text{gcd}(b,a\%b)gcd(a,b)=gcd(b,a%b)

证毕。

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