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裴蜀定理

1 内容:

2 设 \(a,b\) 是不全为零的整数,则存在整数 \(x,y\), 使得 \(ax+by=gcd(a,b)\).

2.1 证明:

设取 \(x_0\), \(y_0\) 时,\(ax+by\) 的最小整数是 \(s\).即 \(ax_0+by_0\) = \(s\)

\(gcd(a,b)|ax_0\)\(gcd(a,b)|ay_0\)

所以 \(gcd(a,b)|s\) \(.........(1)\)

\(a=qs+r(0\le r\le s)\)

\(r=a-qs=a-q(ax_0+by_0)=a(1-qx_0)+b(-qy_0)=ax+by\)

因为 \(s\) 是最小整数,\(\Rightarrow r=0\)

所以 \(s|a\),同理 \(s|b\)

\(\Rightarrow s|gcd(a,b)\) \(..........(2)\)

\((1)(2)\) 可得 \(s=gcd(a,b)\).

证毕。

3 逆定理:

\(a, b\) 是不全为零的整数,若 \(d > 0\)\(a, b\) 的公因数,且存在整数\(x, y\), 使得 \(ax+by=d\),则 \(d = gcd(a, b)\)

特殊地,设 \(a, b\) 是不全为零的整数,若存在整数 \(x, y\), 使得 \(ax+by=1\),则 \(a, b\) 互质。

4 进一步结论:

对自然数 \(a\)\(b\) 和整数 \(n\)\(a\)\(b\) 互素,考察不定方程: \(ax+by=n\) 其中 \(x\)\(y\) 为自然数。如果方程有解,称 \(n\) 可以被 \(a\)\(b\) 表示。

\(C=ab-a-b\)。由 \(a\)\(b\) 互素,\(C\) 必然为奇数。则有结论:

对任意的整数 \(n\)\(n\)\(C-n\)中有且仅有一个可以被表示。

即:可表示的数与不可表示的数在区间 \([0,C]\) 对称(关于 \(C\) 的一半对称)。\(0\) 可被表示,\(C\) 不可被表示;负数不可被表示,大于 \(C\) 的数可被表示。

例如在 \(luogu P3951\) 就只是为了求 \(ab-a-b\) 的值

  • 本文作者: FXJFXJ
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