數論倒數

數論倒數

數論倒數(number-theoretic reciprocal)亦稱算術倒數,是與同餘有關的一個基本概念。設m為模,a為任意整數,且(a,m)=1。若有整數a′能滿足同餘式a′a≡1(mod m),則稱a′是a(mod m)的數論倒數,或逆元。例如,設整數a=2,m=3,且(2,3)=1,當a′=2時,有a′a≡2·2≡4≡1(mod 3),則a′=2就是整數2(mod 3)的數論倒數 。

基本介紹

設m∈N,a∈Z,且(a,m)= 1,則稱滿足ax≡1(mod m)的整數x為a對模m的數論倒數,記為a (mod m)或a 或a′(mod m)或a′。

①a 定存在。

②a 不唯一。

③(a ,m)=1。

④(a ) ≡a( mod m),(數論倒數是相互的)(均可由裴蜀定理得證) 。

相關結論及介紹

⑴整數a存在數論倒數a′(mod m)的充分必要條件是(a,m)=1 。

⑵數論倒數常用於求解同餘式組,例如,使用孫子定理求解同餘式組x≡b(mod m),x≡b(mod m),…,x≡b(mod m)時,此同餘式組的正整數解為

x≡bM′M+bM′M+…+bM′M(mod M),

這裡M′就是滿足同餘式M′M≡1(mod m)(i=1,2,…,k)關於M(mod m)的數論倒數。式中M=mm…m=mM=mM=…=mM,M=M/m,且(M,m)=1 。

⑶設p為奇質數,對1<a<p-1在模p的意義下有

①1 =1,(p-1) =p-1。

②1<a <p-1。

數論倒數 數論倒數

③若1<a<b<p-1,則a b (mod p),因而2,3,...,p-2中的數,可按數論倒數兩兩配對。

事實上,若a =b (mod p),則1≡ab (mod p),進而b≡a(mod p),與條件矛盾 。

孫子定理(中國剩餘定理)

在中國古代數學著作《孫子算經》中,有一道題目叫做“物不知數”:

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?

亦即,求正整數解x滿足:

x= 2mod3

= 3mod5

= 2mod7

在1247年,中國數學家秦九韶做出了完整的解答,口訣如下:

三人同行七十希,五樹梅花廿一支,七子團圓正半月,除百零五便得知。

這個解法實際上是,首先利用秦九韶發明的“大衍求一術”求出5和7的最低公倍數35的倍數中除以3餘數為1的最小一個數70 (這個數稱為35相對於3的數論倒數),3和7的最低公倍數21相對於5的數論倒數21,3和5的最低公倍數15相對於7的數論倒數15。然後計算

70x2+21x3+15x2= 233

233便是可能的解之一。它加減3、5、7的最低公倍數105的若干倍仍然是解,因此最小的解為233除以105的餘數23。以上解法若推廣到一般情況,便得到了中國剩餘定理(孫子定理) 。

中國剩餘定理(Chinese Remainder Theorem,CRT):

數論倒數 數論倒數
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設 為兩兩互質的正整數,則對任意的整數 ,存在整數x,使得x≡c(mod m)(1≤i≤k)同時成立。並且在模 的意義下,上述同餘方程組的解是唯一的, 可表示為x≡x(mod m₁m₂...m),其中x可以

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這樣確定:令: 是 關於模 的數論倒數。則 。

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