线性同余方程

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例子

在方程

3x ≡ 2 (mod 6)

中, d = gcd(3,6) = 3 ,3 不整除 2,因此方程无解。

在方程

5x ≡ 2 (mod 6)

中, d = gcd(5,6) = 1,1 整除 2,因此方程在{0,1,2,3,4,5} 中恰有一个解: x=4。

在方程

4x ≡ 2 (mod 6)

中, d = gcd(4,6) = 2,2 整除 2,因此方程在{0,1,2,3,4,5} 中恰有两个解: x=2以及x=5。

求特殊解

对于线性同余方程

ax ≡ b (mod n)(1)

若 d = gcd(a, n) 整除 b ,那么为整数。由裴蜀定理,存在整数对 (r,s) (可用辗转相除法求得)使得 ar+sn=d,因此 是方程 (1) 的一个解。其他的解都关于与 x 同余。

举例来说,方程

12x ≡ 20 (mod 28)

中 d = gcd(12,28) = 4 。注意到 ,因此 是一个解。对模 28 来说,所有的解就是 {4,11,18,25} 。

线性同余方程组

线性同余方程组的求解可以分解为求若干个线性同余方程。比如,对于线性同余方程组:

2x ≡ 2 (mod 6)

3x ≡ 2 (mod 7)

2x ≡ 4 (mod 8)

首先求解第一个方程,得到x ≡ 1 (mod 3),于是令x = 3k + 1,第二个方程就变为:

9k ≡ −1 (mod 7)

解得k ≡ 3 (mod 7)。于是,再令k = 7l + 3,第三个方程就可以化为:

42l ≡ −16 (mod 8)

解出:l ≡ 0 (mod 4),即 l = 4m。代入原来的表达式就有 x = 21(4m) + 10 = 84m + 10,即解为:

x ≡ 10 (mod 84)

对于一般情况下是否有解,以及解得情况,则需用到数论中的中国剩余定理。

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