关于裴蜀定理的一些证明

关于裴蜀定理的一些证明裴蜀定理 对任何 a b Za b inZ 和它们的最大公约数 dd 关于未知数 xx 和 yy 的线性不定方程 称为裴蜀等式 ax by cax by c 有整数解 x y x y 当且仅当 d cd midc 可知有无穷多解 特别地 一定存在整数 x yx y 使 ax by dax by d 成立 推论 a ba b 互质的充要条件是存在整数 x yx y 使 ax by 1ax by 1 对于 a b

裴蜀定理:
对任何 a,bZ 和它们的最大公约数 d ,关于未知数

x
y 的线性不定方程(称为裴蜀等式):

ax+by=c
有整数解 (x,y) 当且仅当 dc ,可知有无穷多解。特别地,一定存在整数 x,y ,使 ax+by=d 成立。
推论:
a,b 互质的充要条件是存在整数 x,y 使 ax+by=1


对于 (a,bZ) ax+by=gcd(a,b) 一定有整数解 x,y 的证明:
d=gcd(a,b) ,可得 da db ,且 d(ax+by)
s

a
b 的线性组合集中最小的正元素,并且对于某个

x,yZ
,有 s=ax+by ,可知 sZ
q=a/s ,则有 r=amods=aqs=aq(ax+by)=a(1qx)+b(qy) ,因此 r 也是

a
b 的一个线性组合,已知

s
是这个线性集合中的最小正整数,又 0r<s ,可得 r=0 ,因此有 sa ,同理有 sb ,因此 s

a
b 的公约数,所以有

ds
。因为对于任意 x,yZ ,有 d(ax+by) ,而对于某个 x,yZ ,有 s=ax+by ,所以有 ds 。但 ds s>0 ,可得 ds 。综合 ds ds ,得 d=s ,故 s =

gcd(a,b)
。我们已知 s

a
b 的线性组合集中的最小正元素,故

ax+by=gcd(a,b)
一定有整数解 x,y ,亦可知对于 a,bZ gcd(a,b) ax+by(x,yZ) 的最小正元素


对于 (a,bZ) ax+by=c 有整数解的条件是 gcd(a,b)c 的证明:
充分性:设 d=gcd(a,b) ,已知 ax+by=d 一定有整数解,设其解为 (x0,y0) dc ,则存在 kZ ,使得 c=kd=k(ax+by)=a(kx)+b(ky) ,即解为 (kx0,ky0)
必要性:因 ax1+by1=cx1,y1Z ,设 d=gcd(a,b) ,有 da db d(ax1,by1) ,即 dc

以上是本人学习过程中的一些总结,参考了算法导论,若有错误欢迎指正

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