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裴蜀定理【Besout's identity】

裴蜀定理【Besout's identity】

作者: 摇摆苏丹 | 来源:发表于2021-01-16 00:09 被阅读0次

描述

给定两个整数a,b,假设它们的最大公约数为p,也就是gcd(a,b)=p,那么关于数对(x,y)的方程ax+by=n有整数解,当且仅当np的倍数。

证明

设集合A = \{ax+by\mid a,b,x,y\in \mathbb{Z}\},显然2a-3b,-5a-6b,0a+b=b,a+0b=a,0a+0b=0等整数都是集合A中的元素。
设集合B = \{n \mid n=zp,p=gcd(a,b),z \in \mathbb{Z}\},如果能证明A=B,那么裴蜀定理成立。
首先总能找到A中的最小正整数,设其为sa+tb,对于A中任意的元素s'a+t'b,都有s'a+t'b=k(sa+tb)。否则,必有s'a+t'b=k(sa+tb)+r,显然r<sa+tb。但是s'a+t'b=k(sa+tb)+r \iff r=(s'-ks)a+(t'-kt)b,可得r \in A,且r是比A中最小正整数sa+tb更小的正整数,与假设矛盾,故A中所有元素都是sa+tb的倍数。
m是数对(a,b)的公约数,那么m|a,m|b,可得m|(sa+tb),显然m \leq sa+tb,则sa+tb就是m的最大值。即sa+tb就是数对(a,b)的最大公约数。
sa+tb=p,则B=A,裴蜀定理得证。

用途

判断线性方程ax+by=n是否有整数解,即判断n是否是数对(a,b)的最大公约数的倍数。

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1VE41147nh

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