Основы теории делимости. Основная теорема теории чисел. Алгоритм Евклида и цепные дроби. Разложение числа в цепную дробь, страница 5

aaki=ai(m) – для каждого i

a1=aak1(m)

a2=aak2(m)

….

am=aakm (m)

a1a2…am=am(ak1, ak2,.. akm)(m) => am=1(m) m=j(m)

т.е. aj(m)=1(mod m)

Следствие:

Если p- простое, то

aj(p)=1(mod p)

ap-1=1(p)

ap=1(p) – то что доказал Фермаb

Решение сравнений в первой степени.

x2=1(mod 8)

ax=b(mod m) – сравнения первой степени.

х0 – единственное решение х0+tm – тоже решение.

Теорема: 19

d=D(a,m) для того, чтобы сравнение решение было, нужно, чтобы b||d

x0, x+m/d, x0+2m/d,…,x0+(d-1)m/d

Доказательство:

ax=b(mod m)  (ax-b)/m ax-b||m т.е. существует

y – такое, что ax-b=my => ax-my=b – Диафантово уравнение когда D(a,m)||b т.е. d||b и все решения

x=x0+(m/d)t

т.е. всего различных классов вычетов d

Пример:

38x=4(26)

m/d=13

38x-26y=4

19x-13y=2

x0=-4    =>  x0=-4(26) x1=9(29) – два класса вычета.

2-й способ решения сравнений на основе теоремы Эйлера-Ферма.

ax=b(m)  D(a,m)=1   a,b,m можно ||d

aj(m)=1(mod m)  умножим на b

aj(m)b=b(m)

a (aj(m)-1b)=b(m)  => x=(aj(m)-1b)

Пример:

11x=15(24)  D(24,11)=1  15||1

j(m)=23 3=24((2-1)/2)((3-1)/3)=24.2/6=8

x0=117.15(mod 24)

112=1(mod 24)

116=1(mod 24)

117=11(mod 24)

117.15=165(mod 24)=-3(24)

Теорема: Вильсена

P – простое число тогда и только тогда, когда (p-1)!+1||p

Доказательство:

1)  p – простое число

Докажем (p-1)!+1||p

Для p>3

a не кратно p т.е. D(a,p)=1, тогда ax=1(p) и имеет ровно 1 класс т.к. D(a,p)=1=d

d – решений, т.к. d=1 => 1 решение.

x=b(p) – класс решений,

b принадлежит {1,2,3…(p-1)}

тогда а принадлежит одному из классов т.е. для любого b есть а, такое что ab=1(p).

Если a=b, тогда a2=1(p)

(a-1)(a+1)||p, отсюда a=1(p) или a=-1(p)

a=b тогда если а=1, либо a=p-1, для всех остальных а¹b

Возьмем все эти сравнения и перемножим

2.3.4…(p-a)=1(p) до множим (p-1)=-1(p) =>

(p-1)!+1||p

A=>B ó не B=> не A

Если из A следует В, то из не В следует не А

Тогда если (p-1)!+1||p то p простое =>

Если p – не простое, тогда (p-1)!+1 не кратно p

P – составное, тогда D(p-1)!,p)>1=d, тогда (p-1)!+1 не кратно p т.к. единица, должна быть кратна d.

т.е. p – простое.

Китайская теорема об остатках

x1=c1(m1)                                      D(mi,mj)=1

x2=c2(m2)                                      есть набор взаимнопростых mi,mj

….                                                И есть остатки х от деления на mi,mj

xk=ck(mk)

<x>m1=c1                                   C1 C2      Ck код числа

<x>m2=c2

<x>mk=ck

т.е. существует решение x и все сравнения лежат в классе вычетов по модулю (m1,m2,…mk)

Докажем, как по китайскому коду восстановить число

c1=0; c2=2; c3=3;

m1=3 ; m2=5 ; m3=8;

M=m1m2m3=120

M1= m2m3=40    M1x1=1(3)    40x1=1(3)  x1=1

M2= m1m3=24    M1x1=1(5)    24x1=1(5)  x1=4

M3= m1m2=15    M1x1=1(8)    15x1=1(8)  x1=7

x=Si=13((xiMi)ci)=40.0.1+24.4.2+15.3.7=507(120)=27(120)


Многочлены

Pn(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn=Si=1n((aixi)

aiÎQ,R,C

an¹0, то deg Pn=n   an=1

Теорема: 22 О делении с остатком

" Pn(x), Qm(x)

Существует единственное Rn-m(x) и Sm-1(x):  Pn(x)=Qm(x).Rn-m(x)+Sm-1(x)

Deg Sm-1(x)<=m-1

Доказательство:

Qm(x),  n=deg Pn(x)

n<x

база: Pn(x)=Qm(x).0(x)+Sm-1(x)

индукционный переход:

`Pn-1(x)=Qm(x) `Rn(x)+`Sn(x)=>

Pn(x)=Qm(x).Rn-m(x)+Sm-1(x)

(Rn-m(x)-`Rn-m(x))Qm(x)=(Sm-1(x)-`Sm-1(x)) справедливо если Rn-m(x)=`Rn-m(x) иначе противоречие.

Pn(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn

Qm(x)=b0+b1x+b2x2+…+bmxm

Pn(x)=Qm(x).Rn-m(x)+Sm-1(x)

Rm(x)=z0+z1x+z2x2+…+zn-mxn-m

Sm(x)=s0+s1x+s2x2+…+sm-1xm-1

S1 k=n-m

S2 Zk=am+n/bm

aj=aj-Zkbj-k

j=m+k-1, m+k-2,…,k

S3  k=k-1  if (k>=0)  goto S2

Else  stop

Pn(x)=Qm(x).Rn-m(x)+Sm-1(x)

Sm-1=0  =>   Pn(x)||Qm(x)

Наибольший общий делитель

НОД для Pn(x) и Qm(x) это многочлен наибольшей степени общих делений Pn(x) и Qm(x).

D(Pn(x),Qm(x))

Алгоритм Евклида для 2-х многочленов

D(P1(x),P2(x))

P1(x)=P2(x) Q1(x)+R1(x)

deg R1(x)<deg P2(x)

P2(x)=R1(x) Q2(x)+R2(x)

deg R2(x)<deg R1(x)

R1(x)=R2(x) Q3(x)+R3(x)

deg R3(x)<deg R2(x)

……..

Rn-2(x)=Rn-1(x) Qn(x)+Rn(x)- НОД