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二元一次不定方程和最大公约数笔记
问题描述:
1)求满足ax+by=gcd(a,b)的x,y整数解。
2)形如ax+by=gcd(a,b)的二元一次不定方程有没有整数解
3)如果有解,如何求解
4)有多少个解,能否用一个公式来形式化描述所有解。
5)用计算机求解
求解22x+60y=gcd(22,60)=2;
首先利用欧几里得算法求解gcd(22,60)。如下
设a=60,b=22.
a=60=2*22+16; 移项: 16=a-2*22=a-2b;
b=22=1*16+6; 移项: 6=b-16=b-(a-2b)=3b-a;
16=2*6+4; 移项:4=16-2*6=a-2b-2*(3b-a)=3a-8b;
6=1*4+2; 移项: 2=6-1*4=3b-a-(3a-8b)=11b-4a;
4=2*2+0;
最终得到2=11b-4a=-4*60+11*20.因此x=11,y=-4。
将x=11,y=-4代回原方程,验证结果是否正确:11*22+60*(-4)=242-240=2。结果正确。
事实上,形如x=11+60k,y=-4-22k都是22x+60y的解。验证一下:
22*(11+60k)+60(-4-22k)=242+22*60k-242-60*22k=2。
因此,x=11+60k,y=-4-22k。确实是22x+60y=gcd(22,60)的解
接下来,很重要的一个问题就是,形如 x=11+60k,y=-4-22k的解是否涵盖22x+60y=2的所有解。
线性方程定理 :
设a,b是一个非零整数,g=gcd(a,b)。方程ax+by=g.至少有一个解(x1,y1)。且其他解可由(x1+k*a/g,y1-k*b/g)得到。
算法描述
Extended-euclid(a,b)
if b=0
return (a,1,0);
(d1,x1,y1)=extended-euclid(b,a mod b)
(d,x,y)=(d1,y1,x1-(a/b)y1)
return (d,x,y)
参考资料:
数论概论第6章
算法导论第31章