同余

定义
若整数a和整数b,除以正整数m得到的余数相等,成a,b模m同余,记作a\equiv b \pmod m
费马小定理
若p是质数,gcd(a,p)=1,那么有a^{p-1}\equiv 1 \pmod p
欧拉定理
若p是质数,gcd(a,n)=1,那么有a^{\varphi(n)} \equiv 1 \pmod n
欧拉定理推论
若正整数a,n互质,则对于任意的a^b \equiv a^{b \pmod {\varphi(n)}} \pmod n
当a,n不一定互质时b>\varphi(n)也满足a^b \equiv a^{b \pmod {\varphi(n)}+\varphi(n)} \pmod n原因在于指数循环节,第\varphi(n)个往后一定会循环,
扩展欧几里得算法
对于任意整数a,b,存在一对整数x,y,满足ax+by=gcd(a,b)。
证明:
当b=0时显然x=1,y=0是一组解。
若b>0,则gcd(a,b)=gcd(b,a\pmod b),假设存在一对整数满足x,y满足b*x+(a\mod b)*y= gcd(b,a\mod b)
b*x + (a-b*\lfloor a/b \rfloor)y =gcd(b,a\mod b)
ay+b(x-\lfloor a/b \rfloor y)=gcd(b,a\mod b)
x' = y,y' = (x-\lfloor a/b \rfloor y)就得到了
a*x'+b*y' = gcd(a,b)
对欧几里得算法的递归过程应用数学归纳法,显然成立。
这里求出的x_0,y_0是一组特解。
d = gcd(a,b)
对于更为一般的方程:ax+by=c,它有解当且仅当d|c
他的通解为
x = \frac c d x_0 + k \frac b d,y = \frac c d y_0 - k \frac a d
乘法逆元
若b,m互质,并且b|a,则存在一个整数x,使得a/b \equiv a*x \pmod m,称x为b的模m乘法逆元,记为b^{-1} \pmod m
b*b{-1}\equiv 1 \pmod m
如果m是质数根据费马小定理b*b^{p-2} \equiv 1 \pmod p,显然b^{p-2} \mod p是乘法逆元。
如何只满足b,m互质那么求解同余方程b*x\equiv 1\pmod m
线性同余方程的求解
a*x\equiv b \pmod m
可以变为另一种形式,a*x - m*y \equiv b求解这个方程的方法在前面已经讲解过了。最后我们需要得到一个在区间0到m的逆元

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