中国剩余定理

时光毁灭记忆、已成空白 提交于 2020-02-07 19:43:52

中国剩余定理

\(m_1,m_2,\cdots,m_n\) 两两互质时,解方程组
\[ \begin{cases} x&\equiv a_1\pmod{m_1} \\ x&\equiv a_2\pmod{m_2} \\ &\vdots \\ x&\equiv a_n\pmod{m_n} \end{cases} \]

  • \(M=\prod m_i\),令 \(M_i=\frac{M}{M_i}\)
  • 方程组最小解: \(x_0=\sum (M_i^{-1}\bmod{m_i})M_ia_i\pmod{M}\)
  • 解集:\(\{x_0+kM:k\in\mathbb Z\}\)

证明:带入 \(x_0\) 成立且周期为 \(M\)

扩展中国剩余定理

解方程组
\[ \begin{cases} x\equiv a_1\pmod {m_1} \\ x\equiv a_2\pmod {m_2} \end{cases} \]
扩展欧几里得算法合并即可。

Problem

解方程:
\[ \begin{cases} b_1x&\equiv a_1\pmod{m_1} \\ b_2x&\equiv a_2\pmod{m_2} \\ &\vdots \\ b_nx&\equiv a_n\pmod{m_n} \\ \end{cases} \]

考虑合并
\[ \begin{cases}x\equiv r\pmod{m}\\bx\equiv a\pmod{p}\end{cases} \]

对于二式,可得
\[ bx+py=a \]
扩展欧几里得算法求出 \(bx+py=\gcd(b,p)\) 的一个可行解 \(x=x_0\),可得解集
\[ x=\frac{a}{\gcd(b,p)}x_0+\frac{p}{\gcd(b,p)}t \]
再用扩展中国剩余定理
\[ \begin{cases} x\equiv r&\pmod {m}\\ x\equiv \frac{a}{\gcd(b,p)}x_0&\pmod{\frac{p}{\gcd(b,p)}} \end{cases} \]
即可。

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