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初等数论:判定和求解不互质同余方程组

时间:2023-10-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:上面我们介绍了模两两互质的同余方程组的解法.当模不两两互质时,同余方程组是否有解?,n),则同余方程组x≡bk有解|(k≠l,k,l=1,2,…

初等数论:判定和求解不互质同余方程组

上面我们介绍了模两两互质的同余方程组的解法.当模不两两互质时,同余方程组是否有解?如何判定?有解时,如何求解?

下面我们先介绍有无解的判定.

定理2 设m1,m2∊N*,b1,b2∊Z,则同余方程组

证明 必要性.

充分性.

由上节定理2可知,同余方程x≡b1(modm1)有解,设解为x=b1+m1t(t∊Z),代入同余方程x≡b2(modm2),得b1+m1t≡b2(modm2),∴m1t≡b2-b1(modm2).

这是一个关于整数变数t的同余方程.

∵(m1,m2)|(b1-b2),∴(m1,m2)|(b2-b1).

由上节定理3可知,关于整数变数t的同余方程m1t≡b2-b1(modm2)有解.故同余方程组有解.

推论 设mk∊N*,bk∊Z(k=1,2,…,n),则同余方程组x≡bk(modmk)有解⇔(mk,ml)|(bk-bl)(k≠l,k,l=1,2,…,n).

例4 判断下列同余方程组是否有解:解 (1)因为(2×32,22×33)=18|/(1-11),故无解.

(2)因为(2×32×5,23×3)=6|(1-7),

所以同余方程组(2)有解.

下面我们介绍求解方法及其理论根据.

显然,我们只要把所给同余方程组转化为与其同解的符合定理1条件的同余方程组,即可由定理1给出的方法解得答案.为实现这种转化,我们先证明两个定理.

定理3 设

证明 设r是满足同余方程的任一整数,则r≡a(modm).

这说明,r也满足同余方程组.

显然,我们只要证得第一个同余方程的解也是第二个同余方程的解即可.而且,b1与b2相等与否均可,谁大谁小无所谓.

证明 设r是满足第一个同余方程的任一整数,则r≡b1(modpα).∵α≥β,∴pβ|pα,∴r≡b1(modpβ).

∵同余方程组有解,

∴(pα,pβ)=pβ|(b1-b2),∴b1≡b2(modpβ).

∵r≡b1(modpβ),∴r≡b2(modpβ).

故r也是第二个同余方程的解.(www.xing528.com)

解 这是例4(2),故有解.由定理3和定理4可知,把每个方程化为模只含同底幂的几个同余方程;在得到的同余方程中,取同底幂指数最高的模的同余方程;合并余数相同且前面没取到的底数的幂为模的同余方程,构成同解于原方程组的符合剩余定理条件的方程组.

其中的3个模两两互质,由剩余定理求解如下:

例6 今有数不知总,以五累减之无剩,以七百一十五累减之剩十,以二百四十七累减之剩一百四十,以三百九十一累减之剩二百四十五,以一百八十七累减之剩一百零九,问总数若干?(黄宗宪《求一术通解》)

解 设总数为x,则由题意可得

故有解.

三模两两互质,由剩余定理可得

由96577M′1≡1(mod55)解取M′1=18;

由21505M′2≡1(mod247)解取M′2=139;

由13585M′3≡1(mod391)解取M′3=43.

x≡10×96577×18+140×21505×139+245×13585×43

≡10020(mod5311735).

答:总数最小为10020(该题化简时要注意到x≡109≡10(mod11)).

例7 甲乙两港之间的距离不超过5000公里,今有3只船于某天0时同时从甲港开往乙港.假定3只船每天24小时都匀速航行,若干天后的0时,第一只到达,几天后的18时第二只到达,再过几天后的8时,第三只到达.假如第一、第二、第三只船每天分别航行300公里、240公里、180公里.问甲乙两港相距多少公里?3只船各航行多长时间?

解 第二只船18小时走了240×(18÷24)=180公里,第三只船8小时走了180×(8÷24)=60公里.设甲乙两港相距x公里,由题意得

与之同解的符合剩余定理条件的同余方程组为

解之得x≡3300(mod3600).由题意取x=3300(公里).

答:两港相距3300公里,第一、第二、第三只船分别航行11天、13天又18小时和18天又8小时.

习题2.6

1.判断下列同余方程组是否有解:

3.解下列同余方程组:

4.解下列同余方程组:

5.某班参加年级队列比赛,参加者4人一排剩1人,5人一排剩2人,7人一排剩3人,问该班有多少人参加比赛?

6.一辆卡车运货物,每趟运11袋剩8袋,每趟运8袋剩3袋,每趟运12袋剩7袋.问这批货物至少多少袋?

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