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  • 数论-一次同余式

    同余式

    设f(x)=an*(x**n)+an-1*(x**n-1)+...+a1*x+a0(n≥1,ai∈Z),f(x)∈Z[x],则f(x)≡0 (modm)是模m的同余式,若an≠ 0(mod m),则f(x)≡0 (modm)的次数为n次

    (Cr是该同余式的解<==>f(r)≡0 (mod m))

    例:x**5+2x**4+x**3+2x**2-2x+3 ≡ 0 (mod 7)

    当r=1时,则1+2+1+2-1+3=7≡0 (mod 7)

    当r=2时,则2**5+2*2**4+2**3+2*2**2-2*2+3 =79 ≠ 0 (mod 79)

    ...

    可求得,当r=1,5,6时,符合此同余式

    定义:f(x1,x2,...,xk)∈Z[x1,x2,...,xk](k元整数系数多项式),则

    {Cr1,Cr2,...,Crk}是f(x1,x2,...,xk) ≡ 0(mod m)的解<==>f(r1,r2,...,rk) ≡ 0(mod m)(共有m**k种可能,且同余式的解是剩余类)

    例:y**2-x**3+1≡0 (mod p)

    当p=2时,{1,0}和{0,1}符合此同余式,即Np=2

    当p=3时,{1,2}和{2,1},{2,2}符合此同余式,即Np=3

    ...

    性质1:(a,m)=1,m≥1,则a*x≡b (mod m)恰有一解

    证明:

    C:{0,1,2,...,m-1}是模m的一组完全剩余系

    D:{a*0,a*1,...,a*m-1}也是模m的一组完全剩余系

    a*i ≡ <a*i> (mod m)

    故∃i,有a*i ≡ b (mod m)

    ∴Ci是a*x≡b (mod m)的解(已证明有解)

    假设a*i≡ b (mod m), a*j≡b(mod m),其中i≠j

    故a*i ≡ a*j (mod m)

    ∵(a,m)=1

    ∴i ≡ j (mod m)

    ∵i,j ∈{0,1,2,...,m-1},故i=j

    又i≠j,故假设不成立,即只存在一个解(证明唯一性)

    性质2:(a,m)=1,则C<a**((φ(m)-1)*b)>是a*x≡b (mod m)的唯一解

    ∵(a,m)=1

    ∴a**φ(m)≡1 (mod m)

    故b*a**φ(m) ≡ b (mod m)

    a*(a**(φ(m)-1)*b)≡ b (mod m)

    即x ≡ a**(φ(m)-1)*b (mod m)

    性质3:若(a,m)=d,则a*x≡ b(mod m)有解,当且仅当d | b

    证明:

    (必要性 有解-> d|b)

    ∵∃ x0,有a*x0  ≡ b (mod m)

    ∴∃ y0,有a*x0 = b +m*y0

    ∴a*x0-m*y0=b

    又∵(a,m)|a,(a,m)|m

    故(a,m)|b

    即d|b

    (充分性 d|b->有解)

    a*x≡ b(mod m), d|b

    故(a/d)*x ≡ b/d (mod m/d)

    ∵(a/d,m/d)=1,令a1=a/d,b1=b/d,m1=m1/d

    则a1*x≡b1(mod m1)且(a1,m1)=1

    故根绝性质1,此同余式且有一解x0

    ∴m/d | (a*x0-b)/d

    即m | a*x0-b -->a*x0 ≡ b (mod m)

    性质4:若(a,m)=d,d|b 则a*x≡b (mod m)恰有d个解(证明太难,以后补上!!!)

    性质5:设k≥1,a1*x1+..+ak*xk ≡ 0 (mod m)有解,当且仅当(a1,a2,...,ak,m) | b ,设(a1,a2,...,ak)=d,若d|b则此同余式的解有(m**(k-1))*d个

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