《算法导论》学习笔记——裴蜀等式及其扩展的证明

本文详细阐述了裴蜀等式的定义及其扩展,并通过严密的数学论证,证明了该等式中最小正元素即为两数最大公约数的事实。

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裴蜀等式及其扩展

裴蜀等式是exgcd的骨髓,是建立在gcd,它保证了exgcd的有解性。
裴蜀等式
存在让ax+by=gcd(a,b)x,y;
扩展
gcd(a,b){ax+byx,yZ}的最小正元素。

证明

先设s是这个集合中最小正元素
q=as
带余除法我们可以知道会有amods=aqs
因为s是那个集合中的元素,所以一定可以表示成ax+by的形式,
=aq(ax+by)=a(1qx)+b(qy)
显而易见,我们发现amods被我们表示成ax+by的形式,其中x=(1qx)y=qy。都是整数,符合要求。
因此amods也是这个集合中的一个元素。

因为任意数对一个数取模,结果肯定小于那个模数,也就是0amods<s,而前面我们又令s是最小正元素,所以amods就一定是0了。所以s能够被a整除。

同样的,我们可以证明s能够被b整除。

我们可以知道sab的公约数。
gcd(a,b)s,而且gcd(a,b)能整除s

又因为,gcd(a,b)能同时被ab整除,所以gcd(a,b)能被ax+by整除,也就是能被s整除。由于s>0,gcd(a,b)s
所以gcd(a,b)=s

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