扩展欧几里得算法证明及求乘法逆元

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:03:02

扩展欧几里得算法

已知整数a、b,扩展欧几里得算法可以在求得a、b的最大公约数的同时,能找到整数x、y,使它们满足贝祖等式:ax+by=gcd(a,b)

为什么一定存在贝祖等式呢,裴蜀定理如下:

设存在x,y使ax+by=d,d是ax+by取值中的最小正整数,d≠1。再设am+bn=e,则e≥d .若d不整除e,对e做带余除法.必定存在p,r使e=pd+r.r<d则r=e-pd=(m-px)a+(n-py)b.存在整数m-px,n-py使ax+by=r<d,与d的最小性矛盾。所以d整除e.令m=1,n=0,则d整除a;同理d整除b.所以d=gcd(a,b)

下面给出扩展欧几里得算法的证明

ax + by = gcd(a, b) a'x' + b'y' = gcd(a', b') (其中a'= b, b' = a % b,) 我们要得到x,yx',y'的关系 a'= b, b' = a % b带入第一个等式 得:bx' + (a%b)y' = gcd(a', b') 因为a%b = a - b[a/b] ([a/b],ȡa除以b的整数)所以ay' + b(x' - [a/b]y') = gcd(a', b') = gcd(a,b)(由辗转相除得) 所以,x,y,x',y'的关系是:  x=y' y=x' - [a/b] * y'  这样就可以用递推公式,不断向下得到x',y'

下面给出对应的python代码

#扩展欧几里得算法求线性方程的x与y def exten_(a, b):     if b == 0:         return 1, 0     else:         k = a // b         remainder = a % b                x1, y1 = get_(b, remainder)         x, y = y1, x1 - k * y1               return x, y

扩展欧几里得算法求乘法逆元

aa'=1(mod b) -> aa'=km+1 -> aa'-kb=1
令x=a' y=-k 即得ax+by=1,即可利用扩展欧几里得算法求得a'

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