数学基础知识(扩展欧几里得定理)

本文详细介绍了欧几里得算法及其扩展版本,用于求解两个整数的最大公约数,并通过裴蜀定理展示了如何同时求解特定线性组合的整数解,适用于算法学习和数学问题解决。

一.欧几里得定理(辗转相除法)

性质:如果 i 能整除a,也能整除b,则 i 能整除a+b,也能整除ax+by(x,y为整数),同时a mod b = a-(a/b)*b
用以上的性质我们知道如果一个 i 能整除a和b,那么它也能整除 a-(a/b)*b,因此
(a,b)的最大公约数等于(b,a-(a/b)*b)的最大公约数,也就是(b,a mod b)的最大公约数。

int gcd(int a,int b){
	b ? gcd(b,a%b):a;
}

二.扩展欧几里得定理

能够在求a和b的最大公约数的同时求出x和y的值。
裴蜀定理:指的是对于任意整数a,b,一定至少存在一对整数x,y,使ax+by = gcd(a,b)(最大公约数),这里的x,y为任意整数。
即a和b能凑出来的最小正整数为a和b的最小公约数
我们来分情况讨论:

(1)当b==0时

此时a和b的最大公约数为a,则x==1;

(2)当b!=0时

ax+by = gcd(a,b);
by+(a mod b)x = gcd(a,b)(这两个的最大公约数相同)
by+(a-(a/b)*b)x = gcd(a,b);
ax+b(y-(a/b)*x) = gcd(a,b);
也就是每递归调用一次x不用改变,y->y-(a/b)*x即可

int exgcd(int a,int b,int x,int b){
	if(!b){
		x = 1,y = 0;
		return a;
	}
	int d = gcd(b,a%b,y,x);
	y = y-a/b*x;
	return d;
}
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