孙子剩余定理

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孙子剩余定理 孙子剩余定理

 

 

孙子剩余定理 正文

 
  中国南北朝时期(5~6世纪)著名的著作《孙子算经》中“物不知数”问题所阐述的定理。物不知数问题的原题是:“今有物,不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?”这属于数论的一次同余方程组问题。用现代数学符号可表为求下列同余方程的整数解:

孙子剩余定理

式中

孙子剩余定理

  《孙子算经》中使用一种适合解一般的一次同余方程组的方法,求得此特殊问题的最小整数解N=23。解题步骤是:选定5×7的一个倍数,被3除余1,即70;选定3×7的一个倍数,被5除余1,即21;选定3×5的一个倍数,被7除余1,即15。然后按下式计算

孙子剩余定理

式中105为3,5,7的最小公倍数,p为适当选取的整数,使得0<N ≤105,这里取p=2。
  上述问题和解法,可直接推广为定理:设α1,α2,…,αn两两互素,孙子剩余定理

孙子剩余定理, (1)

有整数解,且对模M是惟一的。若记最小正整数解为N,则

孙子剩余定理,

式中kj满足

孙子剩余定理

p为适当选取的整数,使得NM。“物不知数”问题,在欧洲是一个知名的问题,C.F.高斯于19世纪初给出了它的一般性定理。因此国际上称上述《孙子算经》中的问题为孙子剩余定理或中国剩余定理。
  《孙子算经》没有给出求kj的具体算法。宋代秦九韶在《数书九章》中第一次详细地、完整地阐述了求解一次同余方程组的算法,他称做“大衍总数术”,其中包括求kj的一种机械化算法──大衍求一术。
  秦九韶称αj为“定数”,kj为“乘率”,由孙子剩余定理中屡减αj所得的余数Gj(<αj)为“奇数”。“大衍求一术云:置奇右上,定居右下,立天元一于左上(图1孙子剩余定理)。先以右上除右下,所得商数与左上一相生(即相乘)入左下。然后乃以右行上下以少除多,递互除之,所得商数随即递互累乘归左行上下,须使右上末后奇一而止。乃验左上所得,以为乘率。”秦九韶在例题中曾以Gj=3,αj=4为例,列出求kj的算草布式:

孙子剩余定理

孙子剩余定理

此时右上余1,故左上即为乘率kj=3。
  秦九韶还在历史上首次提出了当 α1,α2,…,αn并非两两互素时, 求解(1)的方法。他设计了“两两连环求等,约奇弗约偶”,"复乘求定"等算法,先约去诸模数α1,α2,…,αn中包含的多余的因子,得到新的一组孙子剩余定理,使 孙子剩余定理恰为 α1,α2,…,αn的最小公倍数。再对孙子剩余定理,中的因子重新归并,得到孙子剩余定理使孙子剩余定理仍为α1,α2,…,αn的最小公倍数,且它们两两互素。这样便将问题化约为模数两两互素的情形。秦九韶尚未提及当α1,α2,…,αn并非两两互素时,方程(1)可解的条件。但从他所举八道例题中有七道的模数满足可解条件这一事实分析,许多人认为秦九韶已知道该条件。

 

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