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初等数论:最大公因数的性质及推论

时间:2023-10-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:,n),则定理7 =c(a,b).例1 若(a,b)=1,求.解 设=d,则d|a-b,d|a+b,∴d|2a,d|2b,d|=2(a,b)=2,∴d=1或d=2.推论 (ca1,ca2,…,bm中任意一个互质,则(a1a2…bm)=1.若(a,b)=1,(c,d)=1,则=1成立吗?

初等数论:最大公因数的性质及推论

前面我们给出了最大公因数及其有关的概念和结论,下面讨论最大公因数的性质,并为后面的求法提供理论根据.注意试用文字语言表述这些性质,有助于理解、记忆和应用.

定理3 若a=bq+r(0≤r<b),则(a,b)=(b,r).

证明 设(a,b)=d,(b,r)=q,则d|a,d|b,故d|(a-bq)=r,d是b,r的一个公因数,而(b,r)=q,故d≤q.

同理可得q≤d.故d=q,即(a,b)=(b,r).

例如,由377=319×1+58,可得(319,377)=(319,58).

定理4 若d>0,d|a,d|b,则(a,b)=d⇔存在整数s,t,使得d=as+bt(这是具有重要价值的贝祖(Bézout)等式).

证明 必要性.

不妨设a>b,用b除a,a=bq1+r1(0≤r1<b),由定理3可知,

若r1=0,则d=(a,b)=(b,r1)=b,取s=0,t=1即有

若r1≠0,用r1除b,b=r1q2+r2(0≤r2<r1),则

若r2=0,则d=(r1,r2)=r1=a-bq1,取s=1,t=-q1,即

若r2≠0,用r2除r1,r1=r2q3+r3(0≤r3<r2),则

若r3=0,则

取s=-q2,t=1+q1q2,即有d=as+bt.

若r3≠0,依此类推下去,因为余数逐渐减小,所以除若干次必有:

则d=(a,b)=(b,r1)=(r1,r2)=…=(rn-1,rn)=rn,故

把rn-1=rn-3-rn-2qn-1代入上式即可消去rn-1,仿照上述过程逐步回代,必可找到整数s,t,使得d=as+bt.

充分性.

设(a,b)=q.

∵d是a,b的公因数,∴d≤q.

∵(a,b)=q,∴q|a,q|b,∴q|as+bt=d,∴q≤d.

∴q=d,即(a,b)=d.

推论 (a,b)=1⇔存在整数s,t,使得as+bt=1.

定理5 设q是a,b的任意一个公因数,d是a,b的一个公因数,则d=(a,b)⇔q|d(请读者自己证明).

充分性.

若(a,b)=q>d,则∵d|a,d|b,由定理5可知d|q.

设q=dp(p>1),∵(a,b)=q,∴q|a,q|b,

故(a,b)=d.

推论 设d|ak(k=1,2,…,n),则

定理7 (ac,bc)=c(a,b).

例1 若(a,b)=1,求(a-b,a+b).

解 设(a-b,a+b)=d,则d|a-b,d|a+b,(www.xing528.com)

∴d|2a,d|2b,d|(2a,2b)=2(a,b)=2,

∴d=1或d=2.

推论 (ca1,ca2,…,can)=c(a1,a2,…,an).

例如,(12,28,64)=4(3,7,16)=4×1=4.

定理8 若a|bc,且(a,b)=1,则a|c.

证明 方法1.∵(a,b)=1,∴c=c(a,b)=(ac,bc).

∵a|ac,a|bc,∴a|(ac,bc)=c.

方法2.∵(a,b)=1,∴存在整数s,t,使as+bt=1,∴cas+cbt=c.∵a|ac,a|bc,∴a|cas+cbt=c.

推论 设p为质数,若p|ab,则p|a或p|b(读者自证).

定理9 若a|c,b|c,且(a,b)=1,则ab|c.

证明 ∵(a,b)=1,∴c=c(a,b)=(ac,bc).

∵a|c,b|c,∴ab|bc,ab|ac.

∴ab|(ac,bc)=c.

例如,因为2|12,3|12,(2,3)=1,所以2×3=6|12.

定理10 若(a,b)=1,则(a,bc)=(a,c).

证明 设(a,bc)=d,(a,c)=h,则d|a,d|bc.

∵(a,b)=1,d|a,(d,b)=1,∴d|c,d|h.

反之,同理可得h|d,∴d=h,即(a,bc)=(a,c).

例如,(9,1350)=(9,135)=(9,27)=9.

推论1 若(a,bk)=1(k=1,2,…,n),则(a,b1b2…bn)=1.

推论2 若a|m,b|m,c|m,且a,b,c两两互质,则abc|m.

证明 ∵a|m,b|m,(a,b)=1,∴ab|m.

∵(a,c)=1,(b,c)=1,∴(ab,c)=1.

∵c|m,∴abc|m.

推论3 若(a,b)=1,则(a,bn)=1,(an,bn)=1,(an,bm)=1(n,m∊N*).

推论4 (an,bn)=(a,b)n(n∊N*).

推论5 若a1,a2,…,an中任意一个与b1,b2,…,bm中任意一个互质,则(a1a2…an,b1b2…bm)=1.

若(a,b)=1,(c,d)=1,则(ac,bd)=1成立吗?举例说明.

例2 若(a,d)=(b,c)=1,(a,b)=k,(c,d)=h,求:

解 (1)∵(a,b)=k,(c,d)=h,

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