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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