一次同餘方程組

一次同餘方程組

一次同餘方程組是一類簡單的同餘方程組,指形如x≡bi(mod mi) (i=1,2,…,k)的同餘方程構成的組。k=2是最簡單的一次同餘方程組,指x≡bi(mod mi) (i=1,2)的同餘方程構成的組 。

基本概念

所謂一次同餘方程組,是指k(k∈Z ,k>1)個一次同餘方程構成的方程組

一次同餘方程組 一次同餘方程組

或記為

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

同餘方程中的模 。當k=2時是最簡單的一次同餘方程組,即

一次同餘方程組 一次同餘方程組

在同餘方程組(2)中,設(m,m)=d,M=mm。若d∤(b-b),則同餘方程組(2)無解。若d|(b-b),則方程(2)對模M有解。設解為x≡x(mod M),則x=b+mt,t為mt≡b-b(mod m)的任一解,關於一般同餘方程組(1)的解法參見下文 。

一次同餘方程組的解法

一次同餘方程組的方法及解的充要條件由以下兩個定理給出。

一次同餘方程組 一次同餘方程組

定理1(孫子定理)設 是k個兩兩互素的正整數,令

一次同餘方程組 一次同餘方程組

則同餘方程組(1)有唯一解:

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

其中 是由 得出的。

定理2 一次同餘式

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

可解的充要條件是 ,且當(2)可解時,對模 有唯一解 。

上面的孫子定理其實是《孫子算經》卷中記載的“今有物不知其數”一題的解法的推廣,這道題是:

“今有物不知其數,三三數之剩二,五五數之剩三,七七數之剩二,問物幾何?”答曰二十三。

術日:三三數之剩二,置一百四十;五五數之剩三,置六十三;七七數之剩二,置三十;並之,得二百三十三,以二百一十減之,即得二十三。

術中說:三三數之剩一,則置七十,三三數之剩二,就置一百四

十;五五數之剩一,則置二十一,五五數之剩三,則置六十三;七七數之剩一,則置十五,七七數之剩二,就置三十。若在一百六十五以上,就以一百零五減之,或多則退二百一十。

宋朝周密《志雅堂雜鈔》卷中記載有鬼谷算,又叫隔牆算,將此題的解法用一句詩隱括為:

“三歲孩兒七十稀,五留廿一事由奇。七度上元重相會,寒食清明便可知。”

明朝程大位《算法統宗》卷中記載孫子歌,隱括此題解法,更是膾炙人口,孫子歌曰(又名韓信點兵):

“三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝。七子團圓正月半,除百零五便得知。”

設x為所求,依題意列式:

一次同餘方程組 一次同餘方程組

孫子歌中所隱含的解法,與孫子算經術日中所說的是一致的,現列表解釋如下

除數餘數最低公倍衍數乘率各總答數最小答數
32
一次同餘方程組 一次同餘方程組
5·7270·2140+63+30=233233=210=23
537·3121·3
723·5115·2

現在我們用孫子定理來解“今有物不知其數”這一題。

一次同餘方程組 一次同餘方程組

按孫子定理,先解同餘方程

35x≡1( mod 3),21x≡1( mod 5),15x≡1( mod7),

分別得其解

一次同餘方程組 一次同餘方程組

所以

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

變數x的通解式為

一次同餘方程組 一次同餘方程組

且23為最小正整數 。

例題解析

例1解同餘方程組:

一次同餘方程組 一次同餘方程組

由4·5·7=4·35=5·28=7·20得出公式中的

m₁=4,M₁= 35,

m₂ =5,M₂= 28,

m₃=7,M₃= 20,

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

其中 依次為同餘方程的模, 依次為它的衍數, 依次為各個同餘方程的常數項。按孫子定理,先來解同餘方程

由35x≡1(mod 4),解得x≡3( mod 4),

由28x≡1( mod 5),解得x≡2( mod 5),

由20x≡1( mod 7),解得x≡6( mod 7),

一次同餘方程組 一次同餘方程組

由此得乘率: ,所以

一次同餘方程組 一次同餘方程組
一次同餘方程組 一次同餘方程組

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