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中国剩余定理

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中国剩余定理课程教案、知识点、字幕

刚才我们介绍了构造的方法

但是大家会不会有疑问呢

这样的同余式在任何情况都有解吗

实际上我们就是通过鸽巢原理

证明了一个非常有名的定理

就可以保证这样的同余式

是永远有解的

而这个定理就被称为是

中国剩余定理

所谓中国剩余定理它指的是说

对应于m和n

是两个互质的正整数

对应任意非负整数a和b

其中a是小于m的

b是小于n的

则必然存在正整数x

使得联立的同余方程组有公解

那么刚才我们用的实际上是除以3

除以5 除以7

这样的一个同余的方程组

现在我们为了证明我们仅用

两个式子来表达

也就是x等于pm加a

x除以m余a

x除以n余b

其中p和q是非负整数

那意味着中国剩余定理保证了

像韩信那样每次分别不同的数目

进行排队之后

通过最后的余数

就可以算出一个x来

保证必然同余方程组是有解的

那么我们怎么证明呢

我们可以分析一下

首先我们先看第一个式子

假设第一个式子我可以找到

对应的n个可行的解

考虑n个整数

这n个整数分别是a m加a 2m加a

一直到n减1m加a

这一共n个数字

那这个数字都具有同样的特性

也就是每个数都是除以m余a的

满足第一个式子

这里面一共有n个数字

那么它如果除以n的话

如果能够最后找到对应的余数是b

那必然我们就可以找到x了

而考虑一共有n个整数

对应于它中间要去除n的话

一共有多少种不同的余数呢

它的余数个数是不是

就应该是n个呢

那意味着只要它们对应的

所有的余数都不相同的话

必然就可以找到任意一个b

如果反之的话

如果有相同的余数

那意味着有可能有某一个b

我就找不到了

因此我们从这个思路出发

希望能够证明对应的这些数字

它们最后去除n得到的余数

是不同的

我们可以说先用反证法

假如说我们认为确实有相同的余数

那这个时候我们就可以假设im加a

和jm加a除以n

它余数是相同的

其中i小于等于j

而它们落在0到n减1之间

它们如果余数相同

就意味着im加a等于qin加r

而jm加a等于qjn加r

那么这个式子我们进行一相减

就可以得到j减去i乘以m

等于qj减去qin

这两个式子相当于两个整数相乘

等于另外两个整数相乘

那意味着n应该是左边j减去i

乘以m的因子

会是这样吗

我们会发现

我们条件里要求m和n是

两个互质的正整数

因此n不可能是m的因子

而同时我们看一下

j和i之间什么关系

j和i是在0到n减1之间

而且j是大于i的

那意味着这个数字应该是小于n的

那n怎么可能是它的因子呢

所以我们会发现n与m是互质的

因此它们不可能n是m的因子

而同时ij又在0到n之间

因此n不可能j减m的因子

因此这个式子是不可能成立的

这个式子不可能成立

意味着我们的假设

所有相同的余数是不成立的

我们的结论就是说

对应于我们构造出这n个整数

拿这n个数字除以n的余数

不存在相同的余数

而它们一共的余数个数是从0

一直到n减1

一共n个

因此无论出来任何一个b

只要b在0到n减1的范围内

都可以存在某个数字是满足x等于qn加b的

这就意味着我们证明了对于两个式子

组成的同余方程组是有公解的

如果把它进一步推广一下

所谓的中国剩余定理实际上是说

假设m1 m2一直到mk

是两两互素的正整数

也就是它们相对的公因子等于1

i不等于j

ij是从1一直到k

则我们构造一个同余方程组

x等于b1 mod m1

x2除以m2

x等于b2 mod m2

一直累

推过去一直到x是bk mod mk

这时候对于这样一个

同余方程组的话

我们能够通过中国剩余定理

保证它们模m1m2到mk有解

也就是意味着m1 m2一直到mk

的意义下存在x

满足x和bm mod m1m2

一直到mk同余是有对应的通解x的

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