数论:拓展欧几里得求解二元一次不定方程

本文详细解释了如何使用拓展欧几里得算法解决二元一次不定方程,涉及原理、求解过程和代码实现,重点在于将问题转化为gcd的求解并利用递归进行求解和通解构造。

拓展欧几里得算法求解二元一次不定方程


本节内容,主要围绕 为什么、怎么做、怎么写 这三个关系来讲解。

为什么?

为什么拓展欧几里得算法可以求二元一次不定方程的解?

首先明确:对于任意的 a x + b y = c ax+by=c ax+by=c都可以转化为 a x + b y = g c d ( a , b ) ax+by=gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)的求解。

所以只需要关注: a x + b y = g c d ( a , b ) ax+by=gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)的求解过程即可。

而对于 a x + b y = g c d ( a , b ) ax+by=gcd(a,b) ax+by=gcd(a,b)的求解,也只是在 a ′ x + b ′ y = 1 a'x+b'y=1 ax+by=1的基础上进行的拓展。

所以本质就是用 e x g c d exgcd exgcd求解 a ′ x + b ′ y = 1 a'x+b'y=1 ax+by=1

裴蜀定理可知,若 g c d ( a , b ) = d gcd(a,b)=d gcd(a,b)=d,则一定存在一组整数解 ( x , y ) (x,y) (x,y)满足 a x + b y = d ax+by=d ax+by=d​。

由欧几里得算法: g c d ( a , b ) = g c d ( b , a   m o d   b ) gcd(a,b)=gcd(b,a\:mod\:b) gcd(a,b)=gcd(b,amodb)

所以,原问题求 ( a x + b y = d ) (ax+by=d) (ax+by=d)的通解,等价于求: b x + ( a   m o d   b ) y = d bx+(a\:mod\:b)y=d bx+(amodb)y=d的通解。

而求 b x + ( a   m o d   b ) y = d bx+(a\:mod\:b)y=d bx+(amodb)y=d的通解,等价于求 ( a   m o d   b ) x + b   m o d   ( a   m o d   b ) y = d (a\:mod\:b)x + b\:mod\:(a\:mod\:b)y=d (amodb)x+bmod

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