初等数论 同余
初等数论2.
我喜欢数学
性质(6)
性质(7)
若a =a1d, b =b1d, (m, d) =1, a ≡b (mod m)，则 a1 ≡ b1 (mod m) .
性质(8) 若a ≡b (mod m)，k 为正整数 ， 则 ka ≡ kb (mod km) .
a b m (mod ). d为a，b及m的任一正公约数，则 d d d
2019年4月13日11时56分
性质(5) 若a ≡b (mod m)，c ≡d (mod m) ， 则 ac ≡ bd (mod m) .
同余式可以相乘。
推论
若a ≡b (mod m)， 则 a k ≡ b k (mod m), k 为任意整数.
同余式的数乘。
推广
E
2019年4月13日11时56分
2019年4月13日11时56分
2、同余的性质：
(1) 反身性： a ≡ a (mod m). (2) 对称性：若 a ≡ b (mod m)， 则 b ≡ a (mod m). (3) 传递性：若 a ≡ b (mod m), b ≡ c (mod m), 则 a ≡ c (mod m). (4) 若a ≡b (mod m)，c ≡d (mod m) ， 则 a + c ≡ b + d (mod m) , a－c ≡ b－d (mod m). 同余式可以相加减。
例7 用弃九法验算 28947×34578 =1001865676 是否正确. 解 28947≡3 (mod 9), 34578≡0 (mod 9) 应有28947×34578 ≡0 (mod 9), 而 1001865676 ≡0 (mod 9), 所以计算必有错误. 弃九法只是运算结果正确的必要条件，而非充 分条件 ! 因此只能判误.
初等数论 第四章 同余式
140+63 233+30 2×105 =23 =233
2015/11/17
为什么啊？
19
问题1：今有物不知其数，三三数之剩二，五五数之 剩二，七七数之剩二，问物几何。 x-2是3、5、7的公倍数。 问题2：今有物不知其数，三三数之剩二，五五数之 剩三，问物几何。
3|x 2, 5|x 3 x 3k1 2 5k2 3
2015/11/17
13
例3 解同余方程6x 7 (mod 23)。
m ax b (mod m) a1 x b[ ](mod m ) a
解 由定理4，依次得到
6x 7 (mod 23) 5x 73 2 (mod 23)
3x 24 8 (mod 23)
则(1)的解为
x ai M i M i (mod m )
i 1
k
(2)
其中，整数Mi（1 i k），满足MiMi 1 (mod mi).
2015/11/17
22
证明： 由 (Mi, mi) = 1，利用辗转相除法可以求出 Mi与yi ，使得 MiMi yimi = 1，
rm sm rm sm 注：x0 x0 (mod m ) (mod m ) r s d d d d
解方程(2)的方法： 先求出相应不定方程 ax my = b的一个特解
m 再代入 x x0 r (mod m ), 0 r d 1. d
2015/11/17
（3）设m是素数，f(x) = g(x)h(x)，g(x)与h(x)都是 整系数多项式，又设x0是同余方程(1)的解， 则x0必是同余方程 g(x) 0 (mod m) 或 h(x) 0 (mod m)的解。
浅谈初等数论中同余式的解法
浅谈初等数论中同余式的解法
初等数论是数学的一个分支，主要探讨整数、有理数和代数式等基础概念。
“同余”是初等
数论中概念的一个重要部分，它引用数学定义可以写为：若两个有理数或者有理函数在一
个事件上有相同的值，则它们称为“同余”。
也就是说，两个有理数或者有理函数的值不同，但它们的值是相等的。
同余的解法首先应该把同余方程写成有理函数的形式，然后进行求解。
一般可以使用图像法、合并法或者二分法来求解。
图形法是一种直观清晰的求解方法，它通过在坐标系中绘制图像来求解同余方程，从而得到所求解的值。
这是最简单也是最容
易理解的求解方法。
合并法是一种基于数学运算技巧的求解方法。
它通过合并两个同余方程来求解同余方程，得到所求的值。
二分法是运用有理数的属性来求解的方法，用二分的方法对有理数的值进行查找，来获得有理数的值。
以上就是同余的几种常用方法，虽然每种方法都有其优势和缺点，但它们都是多元素的有理函数。
使用正确的方法，可以对同余
方程进行快速准确的求解，以解决初等数论中的多元素有理函数问题。
第1讲 初等数论中的同余问题 复旦大学附属中学 万军
2011年协作体夏令营系列讲座(一)初等数论中的同余问题复旦附中万军同余的概念和性质：设为非零整数，如果整数满足，则称和对模同余，记为；否则称和对模不同余，记为．注意到，，故，所以我们总是可以假定为正整数．对于固定的模，同余有很多性质：1）同余是一种等价关系，即有①自反性：；②对称性：若，则；③传递性：若，，则．2）加法、减法、乘法和乘方运算：若，，则，，．3）除法运算：，则．特别地，若，则．4）同余组：同时成立的充要条件是剩余类与完全剩余系：设为一个给定的正整数，则全体整数可以分成个集，记为，其中，则称为模的剩余类．模的剩余类有下列性质：1）每个整数必属于且仅属于模的一个剩余类中；2）两个整数同在一个剩余类中的充要条件是这两个整数模同余．事实上，，0≤≤，有如果个整数中不存在两个数属于同一剩余类，则称为模的一个完全剩余系（或称完系）．最常用的剩余系称为模的非负最小完全剩余系．此外也常用到绝对值最小完全剩余系，它们是：当为奇数时，当为偶数时，或完全剩余系有下列性质：1）个整数作为模的一个完全剩余系的充要条件是它们两两模不同余；2）若是模的一个完全剩余系，，那么也是模的一个完全剩余系；也常这样描述：设是正整数，，若通过模的一个完全剩余系，则也通过模的一个完全剩余系．3）若是互质的两个正整数，而分别通过的一个完全剩余系，则通过的一个完全剩余系．如果一个模的剩余类里面的数与互质，就把它叫做一个与模互质的剩余类，在与模互质的全部剩余类中，从每一类各任取一个代表元所组成的数集，叫做模的一个简化剩余类系（或缩系）．定理1：模的剩余类是模互质的剩余类的充要条件是此类中有一个数与互质．因此与模互质的剩余类的个数是，模的每一个简化剩余类系是由与互质的个对模不同余的整数组成的．其中，（欧拉函数）是定义在正整数上的函数，它在正整数上的值是集合中与互质的数的个数．定理2：若是个与互质的数整，并且两两对模不同余，则是模的一个简化剩余类系．定理3：若，通过模的一个简化剩余系，则也通过模的一个完全剩余系．定理4：若是互质的两个正整数，而分别通过的一个简化剩余系，则通过的一个简化剩余系．推论：若是互质的两个正整数，则．下面的几个定理在处理数论问题时经常用到，并且它们本身的证明也是很好的例题．1、（欧拉函数）是定义在正整数上的函数，它在正整数上的值是集合中与互质的数的个数，求．2、（欧拉定理）设是正整数，且，则．3、（费尔马小定理）若是质数，是正整数，则．4、（拉格朗日定理）设为素数，多项式是一个模为次整系数多项式，则关于的同余方程（在模的意义下）至多有个不同的解．5、（威尔逊定理）设为素数，则．6、设为整数，为正整数，若存在，使得，则称为模的二次剩余，否则，称为模的二次非剩余．7、已知斐波那契数列，设为大于5的素数，证明：8、求所有满足下面两式的三元组，其中为奇素数，为大于1的整数．①②练习题：1、设为素数，证明：存在无穷多个，使得．2、对，如果对任意，只要，就有，那么就称具有性质．1）证明：每个素数都具有性质；2）是否存在无穷多个合数具有性质？3、求所有满足的正整数和素数．（其中欧拉函数）4、求不定方程的整数解为．（其中表示最接近整数的5的倍数）5、对于正奇数，若存在正奇数，满足，求满足条件的正奇数的总和．6、设，，正整数数组满足：，如果不能将分为和相等的两组数，那么称数组为“优秀的”，求所有的“优秀的”数组．讲座一参考答案 2011-7-18例题答案：1.解：设，其中是质数，是正整数，由定理4的推论得，由欧拉函数的定义知等于减去集合中与不互质的元素个数，也就是减去集合中与不互质的元素个数，又是质数，∴∴另证：本定理也可以用容斥原理来证明．设，其中是质数，是正整数，记，∴由容斥原理得2.证明：设是模的一个简化剩余系，则由定理3知，也是模的一个简化剩余系．∴与且仅与中的一个数对模同余，∴即（*）又是模的一个简化剩余系，故．∴∴由（*）知：．3.证明：若，则，结论显然成立；若，由欧拉定理知，即．注：费尔马小定理的另一种形式：若是质数，是正整数，，则．另证：对进行归纳，当时，结论显然成立；假设时，结论也成立，即则．（其中用到了，当时，）∴对任意，有．4.证明：对进行归纳．当时，由于，则无解，∴定理成立．假设定理对所有次数小于的多项式都成立，现设存在一个次多项式，使得同余方程有个（在模的意义下）不同的解．利用因式定理，可设，则在模的意义下是一个至多次的多项式．由都是的解，知对≤≤，都有，而，故，从而至少有根，与归纳假设矛盾，所以，定理对次整系数多项式也成立．综上，定理成立．5.证明：当时，显然成立；当为奇素数时，考虑多项式可以看到的最高次数为又当时，，由费尔马小定理知，∴由拉格朗日定理知，的展开式中各项系数都是的倍数，∴又为奇素数，为偶数，∴，得证．6.设为奇素数，且，证明：是模的二次剩余充要条件是；是模的二次非剩余充要条件是．证明：若为模的二次剩余，即存在，使得．由，可知，由费尔马小定理知，．反过来，若，则是同余方程的解，由拉格朗日定理知，该方程至多有个解，而都是该同余方程的解，∴它们就是该方程的全部解，∴存在，使得．另一方面，若是模的二次非剩余，则但由费尔马小定理，，即∴，即反过来，，又是模的二次剩余，则∴与为奇素数矛盾．7.证明：知斐波那契数列的通项公式（）对大于5的素数，由费尔马小定理可知，∴，又∴或如果（其中用到了，当时，，及费尔马小定理）∴如果，类似计算可得，则综上，8.解：显然是①的解，代入②解得，∴都是方程的解．另外，当或时，同样可以得出上述解．下设≥5，当时，由②知而∴或但是，∴上式不可能成立．∴≥3由①知同理可得，∴∴③又在≥4时，单调递增，∴≥∴③式≤≤矛盾．∴由于又，没有平方因数，∴∴≥7，≥11并且≤≤，∴≤与③式矛盾．∴本题的解只能是．练习题答案：1、设为素数，证明：存在无穷多个，使得．证明：当时，只需要取为偶数即可；当为奇素数时，由费尔马小定理知，，此时令，则．2、对，如果对任意，只要，就有，那么就称具有性质．1）证明：每个素数都具有性质；2）是否存在无穷多个合数具有性质？证明：对任意素数，由，可知，从而由费尔马小定理知，∴，可得，∴∴．2）存在无穷多个合数具有性质．例如：对奇素数，数都具有性质．事实上，，则为奇数，∴又，∴或若，由1）知；若，由费尔马小定理知，，这时，∴综上，总有，∴，即数都具有性质．3、求所有满足的正整数和素数．（其中欧拉函数）解：若时，，∴为偶数，且中所有的奇数均与互质，∴若为奇素数，设，其中是质数，是正整数，且∴，∴，又∴，但是，当时，，而∴，，∴∴综上：时，；时，；4、求不定方程的整数解为．（其中表示最接近整数的5的倍数）解：由，若，设，则，又，∴解得；若，设，则，又∴解得或．5、对于正奇数，若存在正奇数，满足，求满足条件的正奇数的总和．解：由为正奇数得：又由为正奇数得：∴另一方面：若，可以找到满足条件的正奇数当时，则；当时，∴共个正奇数的平方和．综上：，则其总和为．6、设，，正整数数组满足：，如果不能将分为和相等的两组数，那么称数组为“优秀的”，求所有的“优秀的”数组．解：设数组为“优秀的”，对1≤≤，考虑下面的个数：，其中由于不能将分为和相等的两组数，即其中没有若干个数之和等于，∴上面的个数中，除外，其余任意两项对模不同余，否则这两项之差等于．另外，上面的个数中，必有两个数模同余，∴对都成立∴又∴综上：当为奇数时，中有一个是，其余都是1，或；当为偶数时，中有一个是，其余都是1．。
初等数论 同余方程组
初等数论同余方程组初等数论是数学中的一个分支，主要研究自然数的性质和整数的性质。
同余方程组是初等数论中的一个重要概念，它涉及到数与数之间的整除关系。
本文将介绍同余方程组的定义、性质以及解法，并通过例题来加深理解。
一、同余方程组的定义同余方程组是由若干个同余方程组成的一组方程。
同余方程的定义如下：对于整数a、b和正整数m，如果m能整除(a-b)，即(a-b)能被m整除，则称a与b对于模m同余，记为a≡b(mod m)。
这里的≡表示同余关系。
二、同余方程组的性质1. 同余关系具有自反性、对称性和传递性。
即对于任意的整数a、b和正整数m，有a≡a(mod m)，a≡b(mod m)等价于b≡a(mod m)，若a≡b(mod m)且b≡c(mod m)，则a≡c(mod m)。
2. 同余关系具有加法和乘法的性质。
即对于任意的整数a、b和正整数m，若a≡b(mod m)，则a+c≡b+c(mod m)，ac≡bc(mod m)。
三、同余方程组的解法1. 线性同余方程组的解法：线性同余方程组是形如ax≡b(mod m)的方程组，其中a、b为整数，m为正整数。
若a与m互质，则存在唯一的解x0，且x≡x0(mod m)。
若a与m不互质，且b可被a整除，则方程组有无穷多个解，否则无解。
2. 中国剩余定理：中国剩余定理适用于一组两两互质的模数的同余方程组。
设m1、m2、...、mn为两两互质的正整数，a1、a2、...、an为整数，则同余方程组：x≡a1(mod m1)x≡a2(mod m2)...x≡an(mod mn)有唯一的解x，且0≤x<m1m2...mn。
四、例题解析1. 解线性同余方程组：求解方程组2x≡3(mod 5)和3x≡4(mod 7)。
首先，对于第一个方程，由于2与5互质，所以存在唯一解x0。
根据扩展欧几里得算法，我们可以求出x0=4。
然后，将x0代入第二个方程，得到3*4≡4(mod 7)，即12≡4(mod 7)。
初等数论第二章同余
和
N = cin_Yan_2…①仇=a2ci[a()-10°+a5a4a3-103H。
注:一般地，在考虑使N = an_{an_2-被加除的余数时,首先 是求岀正整数匕使得
10*三 一1或1(modm),
再将N=ci叶\5_2…写成
x + y+ 1 = 9或18,
3-y + x = 0或llo
这样得到四个方程组：
j\ + y + l = a
\3- y+x = b
其中。取值9或18, b取值0或11。在0<x,y<9的条件下解这四个 方程组，得到x=8, y = 0, z = 6o
习题一
1.证明定理1和定理2。
2.证明定理4。
3.证明定理5中的结论（i ）—（iv）o
(v)由
ac=be(mod m)
得到m |c(a-b),再由(c,加)=1和鉛一章翕三节定理4得到m \a- b,即
a = b(mod m)o
证毕。
例1设N = anall_［- --aQ是整数N的十进制表示，即
N=ani0,?+an-ilO,/_1+ …+ailO+ao ,
则
(i )3|Nq3|£⑷；
x = y(modm),⑷三切(modm),0 < / <n,
则பைடு நூலகம்
工4兀’三工(mod力7)。⑵
i=0i=0
证明留作习题。
定理5下面的结论成立：
(i)a = b(mod m),d \ m, d> 0 a = b(modd)；
初等数论同余
初等数论同余
规律(7)的证明
证： 100 0 1 (0 m 7)o 1 , d 00 1 (0m 7)od
一般地有 10 i 0 ( 1 )0 i(m 7 )io , 0 d ,1 , n
两边同乘 a i 有并对n+1个式子相加得
初等数论同余
常见模m的完全剩余系(简称完系）
0,1,2,…m-1做模m的最小非负完全剩余系；
当m是双数时，m 2,1,0,1m 21
或 m1,1,0,1m
2
2
当是m单数时，m1 1,0,1 m1 ,
2
2
叫做模m的绝对最小完全剩余系
初等数论同余
定理1：设m是正整数，(a,m)=1,b是任意整数。 若x通过模m的一个完系，则ax+b也通过模m 的完系，即若a0,a1…am-1是模m的完系，则 aa0+b,aa1+b…aam-1+b也是模m的完系。 证：首先因x通过模m的一个完系，所以ax+b 有m个数，若 aixbajxb(mm o),d则有
8a77(m8o)d
两边不同余.所以不相等.即对任意整数 a,8a+7不可能是三个整数的平方.
初等数论同余
例2证明 x2 y2 2006没有整数解.
证:因为一个平方数除以4的余数能为0或者1 所以左边除以4的余数只能是0,1,或3,而右
边除以4的余数为2 不同余,所以不定方程无解.
初等数论同余
性质3、若 a1b1(mm o)d,a2b2(momd). 则有 a1b1b1b2(mm o)d .
200001100200001100剩余类及完全剩余系若m是一个给定的正整数由带余数除法则对任意的整数aqmr则全部整数可分成m个集合k其中r012m1利用相等必同余同余未必相等不同余肯定不相等取模9可判断一些式子是否正确在出现9时可把9去掉这就是弃九法
初等数论同余式
72M ,1 1(mod7),63M , 2 1(mod8),56M ,3 1(mod9)
所以有x 72 4 1 63 (1) 2 56 5 3 498(mod504)
是原一次同余式组的解。
f ( x) 0(modmi ),i 1,2k 设 和 f ( x) 0(modmi ) f ( x) 0(mod m) 数为 则有
（2） 的解
T , Ti . 下面来看证明
T T1T2 Tk
证明：若 x0 是（1）的解，即 f ( x0 ) 0(modm) 则 m | f ( x0 ) 从而有 mi | f ( x0 ) ，即 f ( x0 ) 0(modmi ) 即（1）的解就是（2）的解， 反之若 x0 是（2）的解，则有 f ( x0 ) 0(modmi ),i 1,2k 即 mi | f ( x0 ) 从而有[m1, m2 ,mk ] | f ( x0 ) 由于 m1 , m2 ,mk 两两互素，所以
模m的一个完全剩余系中满足同余方程的个 数称为满足同余方程的解数。
.
注：对模m互相同余的解是同一个解。 例：同余式 x 2 x 1 0(mod3)
x 1(mod3) 是解， x 2(mod3)也 次数为2， 是解，因为 1 2(mod3)
所以为同一解，解数是1，
为了求方程的解经常有等价变形的问题， 对 于同余方程同样也有等价变形，即使原同余 方程和新的同余方程互相等价的若干变换。 常用的变换有
§3 一次同余方程组的解法
定义:如下(*)称为一次同余方程组
x≡b1(mod m1)
x≡b2(mod m2)
初等数论 第四章 同余式
第四章 同余式§1 基本概念及一次同余式作为一个解。
中的一切数，即成立，故把都能使中的任意整数，则剩余类的合理性：若定义的一个解。
叫做成立的一个整数，则是使若称为次数。
，则的同余式。
若称为模，则，其中，设余方程）的求解问题。
课题是研究同余式（同初等数论中的一个基本)(m od )(m od 0)()(m od 0)(2)(m od 0)()(m od )(m od 0)()(m od 0)(m od 0)()(011m a x K m a f a K m a f m x f m a x m a f a n m a m m x f a a x a x a x f m a a n i n n n n ≡≡''≡≡≡≡≡/≡∈+++=∈--+定义2定义1Z Z 。
，解数为，的解为同余式，所以，，的一切整数解为因为不定方程。
有解不定方程有解同余式的任一个解。
是同余式其中，，个解，它们是余式共有。
当此条件成立时，同有解的充分必要条件是，则一次同余式设d d k m dmk x x m b ax t t dmx x b my ax b d b my ax m b ax m b ax x d k m dmk x x d b d m b ax d m a 1,,1,0)(m od )(m od )2(|)(m od )1()(m od 1,,1,0)(m od |)(m od ),(0000-=⋅+≡≡∈+==+⇔=+⇔≡≡-=⋅+≡≡= Z 证明定理。
解时，一次同余式有唯一当)(m od 1),(1)(m b a x m a m -≡=ϕ注同余式的解法1、代入法（适用于模较小时） 。
，得的完全剩余系逐一代入以，，所以同余式有唯一解因为解同余式)17(m od 6171)17,3()17(m od 13≡=≡x x 解例12、公式法（适用于模较小时）。
从而，，，所以同余式有唯一解因为解同余式)11(m od 8656)2()2()3(98981)11,8()11(m od 98491101)11(≡⋅≡⋅-≡-⋅-≡⋅≡⋅≡=≡--ϕx x 解例23、变换系数法 。
初等数论期末复习
2015年5月8日9时1分
二、剩余类与剩余系
定理2.2.1 设m为正整数，则全部整数可分成m个 集合,记作[0]，[1]，…，[m－1]，其中[r] (0 ≤ r ≤m－1)是由一切形如 mq + r (q∈Z) 的整数所组 成的，并且具有下列性质： (1)每一整数必包含在而且仅在上述的一个集合中.
(2) x3 + 2x－12≡0 (mod7)． 0, 1, …, 6逐一代入(2) 求解
定义: 如果 a , b 都是整数， m 是一个正整数，那么 当 a ≡ 0 ( mod m）时，我们把 ax ≡ b ( mod m ) 叫做 模m的一次同余方程（或同余式） . 定理 3.1.1 若设m为正整数, a , b为整数, (a，m)=1，
一次同余方程有解的解法 一、欧拉定理法解一次同余方程
定理 3.1.2 若 m 为正整数, a , b为整数, (a， m)=1，则一次同余方程ax ≡ b ( mod m )的唯 m 1 一解为 x ba mod m .
二．同余变形法（系数消去法）
根据同余性质，施行适当的变形求解a≡b(modm):
第二章
同余
一、同余的概念及基本性质
1、同余的概念:
定义2. 1
设m为正整数，称为模。若用m去除两 个整数 a 和 b 所得的余数相同，则称a 和b 对模 m 同余, 记作 a ≡b (mod m). （ 1） 读作a 同余于b 模m。 若a 和b 除以m 所得余数不同，则称a， b 对模m 不同余，记作 a b (mod m).
2015年5月8日9时1分
E
New
弃九法
正整数四则运算(含乘方) 的快速验算方法
若通过计算，a、b的和与积分别是s与p. 而r1、r2、
第1讲初等数论中的同余问题复旦大学附属中学万军
第1讲初等数论中的同余问题复旦大学附属中学万军2011年协作体夏令营系列讲座(一)初等数论中的同余问题复旦附中万军同余的概念和性质：设为非零整数，如果整数满足，则称和对模同余，记为；否则称和对模不同余，记为．注意到，，故，所以我们总是可以假定为正整数．对于固定的模，同余有很多性质：1）同余是一种等价关系，即有①自反性：；②对称性：若，则；③传递性：若，，则．2）加法、减法、乘法和乘方运算：若，，则，，．3）除法运算：，则．特别地，若，则．4）同余组：同时成立的充要条件是剩余类与完全剩余系：设为一个给定的正整数，则全体整数可以分成个集，记为，其中，则称为模的剩余类．模的剩余类有下列性质：1）每个整数必属于且仅属于模的一个剩余类中；2）两个整数同在一个剩余类中的充要条件是这两个整数模同余．事实上，，0≤≤，有如果个整数中不存在两个数属于同一剩余类，则称为模的一个完全剩余系（或称完系）．最常用的剩余系称为模的非负最小完全剩余系．此外也常用到绝对值最小完全剩余系，它们是：当为奇数时，当为偶数时，或完全剩余系有下列性质：1）个整数作为模的一个完全剩余系的充要条件是它们两两模不同余；2）若是模的一个完全剩余系，，那么也是模的一个完全剩余系；也常这样描述：设是正整数，，若通过模的一个完全剩余系，则也通过模的一个完全剩余系．3）若是互质的两个正整数，而分别通过的一个完全剩余系，则通过的一个完全剩余系．如果一个模的剩余类里面的数与互质，就把它叫做一个与模互质的剩余类，在与模互质的全部剩余类中，从每一类各任取一个代表元所组成的数集，叫做模的一个简化剩余类系（或缩系）．定理1：模的剩余类是模互质的剩余类的充要条件是此类中有一个数与互质．因此与模互质的剩余类的个数是，模的每一个简化剩余类系是由与互质的个对模不同余的整数组成的．其中，（欧拉函数）是定义在正整数上的函数，它在正整数上的值是集合中与互质的数的个数．定理2：若是个与互质的数整，并且两两对模不同余，则是模的一个简化剩余类系．定理3：若，通过模的一个简化剩余系，则也通过模的一个完全剩余系．定理4：若是互质的两个正整数，而分别通过的一个简化剩余系，则通过的一个简化剩余系．推论：若是互质的两个正整数，则．下面的几个定理在处理数论问题时经常用到，并且它们本身的证明也是很好的例题．1、（欧拉函数）是定义在正整数上的函数，它在正整数上的值是集合中与互质的数的个数，求．2、（欧拉定理）设是正整数，且，则．3、（费尔马小定理）若是质数，是正整数，则．4、（拉格朗日定理）设为素数，多项式是一个模为次整系数多项式，则关于的同余方程（在模的意义下）至多有个不同的解．5、（威尔逊定理）设为素数，则．6、设为整数，为正整数，若存在，使得，则称为模的二次剩余，否则，称为模的二次非剩余．7、已知斐波那契数列，设为大于5的素数，证明：8、求所有满足下面两式的三元组，其中为奇素数，为大于1的整数．①②练习题：1、设为素数，证明：存在无穷多个，使得．2、对，如果对任意，只要，就有，那么就称具有性质．1）证明：每个素数都具有性质；2）是否存在无穷多个合数具有性质？3、求所有满足的正整数和素数．（其中欧拉函数）4、求不定方程的整数解为．（其中表示最接近整数的5的倍数）5、对于正奇数，若存在正奇数，满足，求满足条件的正奇数的总和．6、设，，正整数数组满足：，如果不能将分为和相等的两组数，那么称数组为“优秀的”，求所有的“优秀的”数组．讲座一参考答案 2011-7-18例题答案：1.解：设，其中是质数，是正整数，由定理4的推论得，由欧拉函数的定义知等于减去集合中与不互质的元素个数，也就是减去集合中与不互质的元素个数，又是质数，∴∴另证：本定理也可以用容斥原理来证明．设，其中是质数，是正整数，记，∴由容斥原理得2.证明：设是模的一个简化剩余系，则由定理3知，也是模的一个简化剩余系．∴与且仅与中的一个数对模同余，∴即（*）又是模的一个简化剩余系，故．∴∴由（*）知：．3.证明：若，则，结论显然成立；若，由欧拉定理知，即．注：费尔马小定理的另一种形式：若是质数，是正整数，，则．另证：对进行归纳，当时，结论显然成立；假设时，结论也成立，即则．（其中用到了，当时，）∴对任意，有．4.证明：对进行归纳．当时，由于，则无解，∴定理成立．假设定理对所有次数小于的多项式都成立，现设存在一个次多项式，使得同余方程有个（在模的意义下）不同的解．利用因式定理，可设，则在模的意义下是一个至多次的多项式．由都是的解，知对≤≤，都有，而，故，从而至少有根，与归纳假设矛盾，所以，定理对次整系数多项式也成立．综上，定理成立．5.证明：当时，显然成立；当为奇素数时，考虑多项式可以看到的最高次数为又当时，，由费尔马小定理知，∴由拉格朗日定理知，的展开式中各项系数都是的倍数，∴又为奇素数，为偶数，∴，得证．6.设为奇素数，且，证明：是模的二次剩余充要条件是；是模的二次非剩余充要条件是．证明：若为模的二次剩余，即存在，使得．由，可知，由费尔马小定理知，．反过来，若，则是同余方程的解，由拉格朗日定理知，该方程至多有个解，而都是该同余方程的解，∴它们就是该方程的全部解，∴存在，使得．另一方面，若是模的二次非剩余，则但由费尔马小定理，，即∴，即反过来，，又是模的二次剩余，则∴与为奇素数矛盾．7.证明：知斐波那契数列的通项公式（）对大于5的素数，由费尔马小定理可知，∴，又∴或如果（其中用到了，当时，，及费尔马小定理）∴如果，类似计算可得，则综上，8.解：显然是①的解，代入②解得，∴都是方程的解．另外，当或时，同样可以得出上述解．下设≥5，当时，由②知而∴或但是，∴上式不可能成立．∴≥3由①知同理可得，∴∴③又在≥4时，单调递增，∴≥∴③式≤≤矛盾．∴由于又，没有平方因数，∴∴≥7，≥11并且≤≤，∴≤与③式矛盾．∴本题的解只能是．练习题答案：1、设为素数，证明：存在无穷多个，使得．证明：当时，只需要取为偶数即可；当为奇素数时，由费尔马小定理知，，此时令，则．2、对，如果对任意，只要，就有，那么就称具有性质．1）证明：每个素数都具有性质；2）是否存在无穷多个合数具有性质？证明：对任意素数，由，可知，从而由费尔马小定理知，∴，可得，∴∴．2）存在无穷多个合数具有性质．例如：对奇素数，数都具有性质．事实上，，则为奇数，∴又，∴或若，由1）知；若，由费尔马小定理知，，这时，∴综上，总有，∴，即数都具有性质．3、求所有满足的正整数和素数．（其中欧拉函数）解：若时，，∴为偶数，且中所有的奇数均与互质，∴若为奇素数，设，其中是质数，是正整数，且∴，∴，又∴，但是，当时，，而∴，，∴∴综上：时，；时，；4、求不定方程的整数解为．（其中表示最接近整数的5的倍数）解：由，若，设，则，又，∴解得；若，设，则，又∴解得或．5、对于正奇数，若存在正奇数，满足，求满足条件的正奇数的总和．解：由为正奇数得：又由为正奇数得：∴另一方面：若，可以找到满足条件的正奇数当时，则；当时，∴共个正奇数的平方和．综上：，则其总和为．6、设，，正整数数组满足：，如果不能将分为和相等的两组数，那么称数组为“优秀的”，求所有的“优秀的”数组．解：设数组为“优秀的”，对1≤≤，考虑下面的个数：，其中由于不能将分为和相等的两组数，即其中没有若干个数之和等于，∴上面的个数中，除外，其余任意两项对模不同余，否则这两项之差等于．另外，上面的个数中，必有两个数模同余，∴对都成立∴又∴综上：当为奇数时，中有一个是，其余都是1，或；当为偶数时，中有一个是，其余都是1．。
【最新整理】初等数论同余
例2：证明5y+3=x2无解 证明：若5y+3=x2有解，则两边关于模5同余 有5y+3≡x2(mod 5) 即3≡x2(mod 5)
而任一个平方数x2≡0,1,4(mod 5) ∴ 3 ≡ 0,1,4(mod 5)，不可能 ∴ 即得矛盾，即5y+3=x2无解 注：在证明方程无解时，经常用不同余就不相等的 方法。
性质7 a b(modm).d|(a,b),(d,m)=1 则
a b (modm). dd
证： 因为 m | d( a b ) ，(d,m)=1 ，所以有
dd
m| a b dd
性质8 若a b(modm).则 (a,m)=(b,m) 证：由已知a=b+mt,故 (a,m)|a, (a,m)|m, 有(a,m)|b,所以有 (a,m)|(b,m), 同理可证(b,m)|(a,m), 即(a,m)=(b,m).
因为0 X，Y 9，所以有
21 21+X+Y 39，4 X-Y+13 22，由此
可知 21+X+Y=27，X-Y+13=11 或21+X+Y=36，X-Y+13=22 X+Y=6，X-Y=-2，或X+Y=15，X-Y=9， 解得X=2，Y=4。
例3 ：求111 被7除的余数。
50
解：∵111111被7整除，
(2)若 a b c(modm). 则 a c b(modm).
证：由（1）因为 b b(modm), 即得。
注4：性质2相当于等式中的两个等式相加和 移项. 结合前二条性质,我们来看几个例子.
例1:对任意整数a,8a+7不可能 是三个整数的平方.
初中数学重点梳理：同余式
同余式知识定位数论是初中数学竞赛比较重要的一个知识点，在历年竞赛中占据非常发比例，其中同余理论是初等数论中的重要内容之一，其同余式概念及应用，剩余系概念要熟练掌握。
本文归纳总结了同余的若干性质，将通过例题来说明这些方法的运用。
知识梳理1、同余概念定义1：给定一个正整数m，如果用m去除a，b所得的余数相同，则称a与b对模m 同余，记作a≡b(modm)，并读作a同余b，模m。
（1）若a与b对模m同余，由定义1，有a=mq1＋r，b=mq2+r．所以a-b=m(q1-q2)，即m｜a-b。
反之，（2）若m｜a-b，设a=mq1＋r1，b=mq2＋r2，0≤r1，r2≤m-1，则有m｜r1-r2．因｜r1-r2｜≤m-1，故r1-r2=0，即r1＝r2。
于是，我们得到同余的另一个等价定义：定义2：若a与b是两个整数，并且它们的差a-b能被一正整数m整除，那么，就称a与b对模m同余．2、同余定理定理1：（1）a≡a(modm)．（2）若a≡b(modm)，则b≡a(modm)．（3）若a≡b(modm)，b≡c(modm)，则a≡c(modm)．定理2：若a≡b(modm)，c≡d(modm)，则a±c≡b±d(modm)，ac≡bd(modm)．证：由假设得m｜a-b，m｜c-d，所以m｜(a±c)-(b±d)，m｜c(a-b)＋b(c-d)，即a±c≡b±d(modm)，ac≡bd(modm)．由此我们还可以得到：若a≡b(modm)，k是整数，n是自然数，则a±k≡b±k(modm)，ak≡bk(modm)，a n≡b n(modm)．定理3：若ac≡bc(modm)，且(c，m)=1，则a≡b(modm)．定理4： 若n ≥2，a ≡b(modm 1)，a ≡b(modm 2)，…………a ≡b(modm n )，且M=[m 1，m 2，…，m n ]表示m 1，m 2，…，m n 的最小公倍数，则a ≡b(modM)3、剩余类和完全剩余系全体整数集合可按模m 来划分：当且仅当()mod a b m ≡时，a 和b 属于同一类。
初等数论§3同余
2020/4/7
阜阳师范学院 数科院
12
例3. 求777的个位数.
解：71 3(mod10), 72 1(mod10), 74 1(mod10)
记 777 74kr , 则有777 74kr (74 )k 7r 1 7r (mod10) 故只须考虑77被4除得的余数r,即777 7r (mod10) 由71 1(mod4), 72 1(mod4), 76 1(mod4), 77 1 3(mod4)，r 3 所以777 7r 73 72 7 (1) (3) 3(mod10). 即777 的个位数是3.
⑦ a b(mod m),a a1d ,b b1d , (d ,m) 1
a1 b1(mod m). 证：a b(mod m) m a b m (a1 b1)d
m (a1 b1) a1 b1(mod m). 注意：若没有(d , m) 1的条件，不能成立！
反例：取m 4,a 6,b 10,d 2,
注：TH1、TH2是最简单、常用的性质。
2020/4/7
阜阳师范学院 数科院
4
TH 3 设ai ,bi (0 i n)，x, y都是整数，
并且x y mod(m), ai bi mod(m), 0 i n.
n
n
则： ai xi bi yi (mod m)
i0
i0
2020/4/7
阜阳师范学院 数科院
5
TH4 下面的结论成立： ① a b (mod m)，dm，d > 0 a b (mod d)； ② a b (mod m)，k > 0，kN ak bk (mod mk)；
初等数论_第二章__同_余教案
(ⅱ)ab(modm)ba(modm)；（对称性）
(ⅲ)ab(modm)，bc(modm)ac(modm)。（传递性）
证明留作习题。
定理3设a，b，c，d是整数，并且
ab(modm)，
cd(modm)，(1)
则
(ⅰ)acbd(modm)，a-cb-d(modm)；（同余式可以相加减）
特别地，c=d时，acbc(modm)，a-cb–c(modm)
(ⅱ)acbd(modm)。（同余式可以相乘）
特别地，c=d时，acbc(modm)，
n大于等于2时，
证明(ⅰ)由式(1)及定义1可知
mab，mcd，
因此
m(ac)(bd)，
此即结论(ⅰ)；
(ⅱ)由式(1)及定理1可知，存在整数q1与q2使得
(ⅰ)A中含有m个整数；
(ⅱ)A中任何两个整数对模m不同余。
证明留作习题。
定理2设m1，a，b是整数，(a,m) = 1，{x1,x2,,xm}是模m的一个完全剩余系，则{ax1b,ax2b,,axmb}也是模m的一个完全剩余系。
证明由定理1，只需证明：若xixj，则
axib axjb(modm)。(1)
[7(1)164]26=(74)26
=326= 3(35)53(7)5=37(72)2
2129(mod 50)，
即所求的余数是29。
例3设n的十进制表示是 ，若792n，求x，y，z。
解因为792 =8911，故
792n8n，9n及11n。
我们有
8n8 z= 6，
以及
9n913xy45z= 19xy9xy1，(5)
所以ab是m1，m2，……，mk的一个公倍数，
初等数论2 - 同余理论
利用雅各比符号仍可对方程的无解性给出判断。
同 余 理 论
1、同余
(1)、概念 (2)、剩余系
定义、 等价形式、等价关系、基本性质
剩余类、完全剩余类、最小非负剩余类、绝对最小剩余类 简化剩余类、最小非负简化剩余类 构造、Wilson定理、Euler函数、Euler定理、Fermat定理
2、线性同余
3、二次同余
(1)、基本性质 (2)、有解的充要条件、解的个数与形式 (3)、孙子定理CRT(扩展) (1)、二次同余方程的化简 (2)、Legendre符号 QR(p)、QNR(p) ，性质、形式 (3)、二次互反律 (4)、Jacobi符号
对多项式求模，可以对各个单项及其系数先求模。
移位代换密码(Shift Substitution Cipher) 加法密码(Additive Cipher) 乘数密码(Multiplicative Cipher) 仿射密码(Affine Ciegendre符号可以判定方程是否有解。 但是，写出正整数的标准分解式常会遇到实际困难。
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注意：这条与前面的(5)的推论和(7)不同, 模变了. 证明： m | (a－b) => km | k(a－b)
a b m a b mt t. d d d
2013年11月13日10时5分
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性质(9)
若 a ≡b (mod m1), a ≡b (mod m2), m=[ m1, m2 ], 则 a ≡ b (mod m) . 证明： 由充要条件, 有 m2 | (a－b)， m1 | (a－b)
2013年11月13日10时5分
性质的应用：
由 10≡1（mod 9），有 102≡12（mod 9）， 103≡13（mod 9），…，10n≡1n（mod 9）,
an an 1 a2 a1a0 an 10n an 1 10n 1 a1 10 a0 an an 1 a1 a0 (mod 9).
性质⑺ 同余式的“除”.
性质⑻⑼⑽
涉及模的改变！分别与a，b和m的约 数，倍数，公约数，最小公倍数有关.
性质⑾是关于a，b和m最大公约数的。
2013年11月13日10时5分
例 2
分析
今天是星期二，101000天之后的那天是星期几？
由于1乘a为a ，1n=1，先求得某数的n次幂与1对模同余 是非常方便的. 我们已知 7 | 1001, 即103 ＋1≡0 (mod 7), ， 103 ≡－1(mod 7), 得106 ≡1 (mod 7).
又23m1 2(mod 7)， 从而当且仅当
23m 2 4(mod 7),
n 3m时, 7 2n 1.
（2）由23m 1 2(mod 7)，3m 1 1 3(mod 7), 23m 2 1 5(mod 7), 2 可知，对任何正整数n, 2n 1不能被7整除.
2013年11月13日10时5分
例 1 每一个整数 a 恰与0，1，2，…，m－1
中的某一个数对于模 m 同余。 证: 由带余除法知, a = mq+ r , 0≤r<m, 唯一确定, ∴ a－ r = mq , ∴m | (a－ r),
由定理 2. 1. 1，a 与 r 对 m 同余，0≤ r < m, r 必为 0, 1, 2, …, m－1中的某一个数. 命题成立.
同余式可以用与模互质的整数两边约简。
以上的同余性质与相等性质相类似，但同余还有一 些与相等性质相完全不相同的性质. 请看下面：
2013年11月13日10时5分
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性质(8)
若a ≡b (mod m)，k 为正整数 ， 则 ka ≡ kb (mod km) .
a b m (mod ). d为a，b及m的任一正公约数，则 d d d
=> m | (a－b)，因为最小公倍数整除任何公倍数. 这个性质可以推广到任何多个同余式的情况.
性质(10) 设d ≥1， d | m，若a ≡b (mod m) ，
则 a ≡ b (mod d ) .
证明：
2013年11月13日10时5分
d | m， m | (a－b) => d | (a－b).
解: ∵ 7 | 1001,
∴ 103 ≡－1 (mod 7),
可见,类似于等 式的“等量代 换”,同余式也 可以“代换”, 不妨即称之为 “同余代换”.
∴ 106 ≡1 (mod 7), 104 ≡－10 ≡4(mod 7), ∴ 101000≡106×166+4 ≡(106) 166×104 ≡1166× 4(mod 7), 即 7)。 故101000天之后是是星期六。 101000≡4(mod
即得 9 的整除特征。
2013年11月13日10时5分
性质(7) 若a =a1d, b =b1d, (m, d) =1, a ≡b (mod m)， 则 a1 ≡ b1 (mod m) .
证明： m | (a－b) 即 m | d(a1－b1)
而(m, d) =1, ∴ m | (a1－b1) ， 即a1 ≡b1 (mod m).
∵ 10 ≡1 (mod 3),
∴a≡ an+an－1 +…+a0 (mod 3).
即得a能被3整除的充分必要条件，即它的十进位数码 的和能被3整除. ∵ 10 ≡1 (mod 9), 同理可证9的情况(前面已证).
2013年11月13日10时5分
同余与数的整除特征
被 7, 11, 13 整除的数特征是: 将这个数从个位起从 右往左每三位分成一节, 奇数节的数之和与偶数 节的数之和, 所得的差能被 7, 11, 13 整除.
2013年11月13日10时5分
例如：
27、31、36、42、20，它们对模 5，哪些
同余？哪些不同余？
对于模 1，任意的两个整数同余吗？
关于模 2 同余的整数有什么特点？
同余是三个数 a 和 b 和 m 之间的关系， 正整数 m（模）起着同余标准的作用。
2013年11月13日10时5分
E
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性质(11) 若a ≡b (mod m)，则 (a，m) = (b，m).
证明： 由a =b+ km立得。
2013年11月13日10时5分
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同余性质小结-简单而非常重要！
性质⑴⑵⑶ 等价关系 性质⑷⑸ 同余的加减乘，由推论，同余式也可以
移项和数乘.
性质⑹
关于多项式，涉及乘方，是性质综合应用.
2013年11月13日10时5分
同余与数的整除特征
例3 设a为整数，则a能被3或9整除的充分必要条件是 它的十进位数码的和能被3或9整除.
证：设a为正整数， a的十进位数的形式为 a = an10n+an－110n － 1 +… +a110+a0 (0≤ai<10, an≠0, i=0,1,2, …,n)
由同余定义可知如下性质成立
(1) 反身性： a ≡ a (mod m). (2) 对称性：若 a ≡ b (mod m)， 则 b ≡ a (mod m). (3) 传递性：若 a ≡ b (mod m), b ≡ c (mod m), 则 a ≡ c (mod m).
由(1)，若a = b，则a ≡ b (mod m)；反之不然！ 同余是整数间的一种等价关系！
2013年11月13日10时5分
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由定理2.1.1及整除的性质可得同余的下列性质
(5) 若a ≡b (mod m)，c ≡d (mod m) ， 则 ac ≡ bd (mod m) .
同余式可以相乘。
推论 若a ≡b (mod m)， 则 a k ≡ b k (mod m), k 为任意整数.
同余式的数乘。
E
2013年11月13日10时5分
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推广
2013年11月13日10时5分
性质(6)
证明：由 a≡b（mod m），有 a2≡b2（mod m），
a3≡b3（mod m），…，an≡bn（mod m）. 又由条件（7）及性质3，有 a0≡b0（mod m），a1a≡b1b（mod m）， a2a2≡b2b2（mod m），…， anan≡bnbn（mod m）. 由同余的加减性质即可证得.
p( p 1) ( p i 1) C Z i! i ! p ( p 1) ( p i 1)
i p
当i 1, 2,, p 1时,(i !, p) 1 故C ip pq, 即p C ip
i ! ( p 1) ( p i 1)，
命题成立。
例3、（）求所有的正整数n，使得2n 1能被7整除； 1 （2）证明：对于任何正整数n，2n +1不能被7整除。
解：（）n Z , 都可写成3m k的形式, 其中m N , k 0,1, 2. 1 因为23 1(mod 7)，所以23m 1(mod 7)，即23m 1 0(mod 7), 从而当 n 3m, 7 2n 1；
第二章
同余
同余作为数论中最基本的概念，在数论 中占有极为重要的地位。同余理论是初等数 论的核心，它包含了数论特有的思想方法. §2. 1 同余的概念及基本性质 §2. 2 剩余类与剩余系 §2. 3 欧拉定理
问题：日常生活中最常见的同余问题是什么？
日常生活中的星期几问题就是同余问题。
例如今天6日是星期二，那么本月13日, 20 日都是星期二，这是因为它们用7去除得到 的余数相同。 这说明有时我们注意的是某些整数用某一 个固定的整数去除所得到的余数。
事实上于同余有下述三个等价命题:
a b (mod m) m | a b a b mt , t为整数
以后我们将不加区别地交换使用。
2013年11月13日10时5分
由定理2.1.1及整除的性质可得同余的下列性质
(4) 若a ≡b (mod m)，c ≡d (mod m) ， 则 a + c ≡ b + d (mod m) , a－c ≡ b－d (mod m). 同余式可以相加减。 推论 若a +b ≡ c(mod m), 则 a≡ c － b (mod m) . 同余式可以“移项”。 E
2013年11月13日10时5分Biblioteka E定理2. 1. 1
整数a 和b 对模 m 同余的充要条件是 m |(a－b) .
证明：由带余除法，可设 a＝mq1+r1,(0≤r1<m), ∴ b＝mq2+r2 , (0≤r2<m),
若 a ≡ b (modm) ，则r1＝r2 ,
a－ b ＝m(q1－q2)，即m | (a－b)。 若 m|(a－b). 则 m|m (q1－q2) + (r1－r2 ), 因此m | (r1－ r2 ). 而 0≤r1<m ，0≤r2<m 故 0≤| r1－r2 |<m, 所以只有r1－r2 ＝0，r1＝r2 , 即 a ≡ b (modm) .