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  • 欧几里得扩展定理

    //poj   1061

    思路:两只青蛙跳一次所花费的时间相同,我们设其为t,则x+mt是青蛙A从坐标原点到终点所走的距离,y+nt是B走的距离,要想碰面,则他们相减一定是地面周长的整数倍,设为k*L;则:(x+mt)-(y+nt)=kl;变形得:(m-n)t-(y-x)=kL;即有(m-n)t mod L=y-x;为线性同余方程。此方程有解当且仅当y-xm-nL的最大公约数(记为gcd(m-n,L)),gcd(m-n,L)|y-x。这时,如果x0是方程的一个解,即当t=x0时,(m-n)t mod L=y-x成立,那么所有的解可以表示为: {x0+k(L/gcd(m-n,L))|(k∈整数)}。

    欧几里得算法的拓展应用中有如下三条定理:

       如果d = gcd(a, b),则必能找到正的或负的整数k和l,使d = a*x+ b*y。

       定理二:若gcd(a, b) = 1,则方程ax ≡ c (mod b)在[0, b-1]上有唯一解

       定理三:若gcd(a, b) = d,则方程ax ≡ c (mod b)在[0, b/d - 1]上有唯一解。

          证明:上述同余方程等价于ax + by = c,如果有解,两边同除以d,就有a/d * x + b/d * y = c/d,即a/d * x ≡ c/d (mod b/d),显然gcd(a/d, b/d) = 1,所以由定理二知道x在[0, b/d - 1]上有唯一解。所以ax + by = c的x在[0, b/d - 1]上有唯一解,即ax ≡ c (mod b)在[0, b/d - 1]上有唯一解。

          如果得到ax ≡ c (mod b)的某一特解X,那么令r = b/gcd(a, b),可知x在[0, r-1]上有唯一解,所以用x = (X % r + r) % r就可以求出最小非负整数解x了!(X % r可能是负值,此时保持在[-(r-1), 0]内,正值则保持在[0, r-1]内。加上r就保持在[1, 2r - 1]内,所以再模一下r就在[0, r-1]内了)。

    代码:

    同余方程,欧几里得扩展定理
    poj1061
    #include <iostream>
    using namespace std;
    long long extgcd(long long a, long long b, long long &x, long long &y)
    {

    //欧几里得扩展定理,ax+by=d,返回值是gcd(a,b),x,y
     long long d, t;
     if (b == 0) { x = 1; y = 0; return a; }
     d = extgcd(b, a % b, x, y);
     t = x - a / b * y; x = y; y = t;
     return d;
    }
    //ax+by=1,那么在[1,b-1]之间有解,那么ax+by=d在[1,b/d-1]有解
    int main()
    {
     long long x, y, m, n, L, X, Y, d, r;
     while (cin >> x >> y >> m >> n >> L)
     {
      d = extgcd(n - m, L, X, Y); r = L / d;
      if ((x - y) % d) cout << "Impossible" << endl;
      else cout << ((x - y) / d * X % r + r) % r << endl;
     }
     return 0;
    }

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