中国剩余定理的归纳及其应用3

中国剩余定理的归纳及其应用3
中国剩余定理的归纳及其应用3

LUOYANG NORMAL UNIVERSITY 2012届本科毕业论文

中国剩余定理的归纳及其应用

院(系)名称数学科学学院

专业名称数学与应用数学

学生姓名任晓燕

学号080414001

指导教师王众杰讲师

完成时间2012.5

中国剩余定理的归纳及其应用

任晓燕

数学科学学院 数学与应用数学 学号:080414001

指导老师:王众杰

摘要:中国剩余定理又称为孙子定理,它的数学思想在近代数学中占有非常重要的地位.本文归纳了中国剩余定理并给出证明,并给出相关的经典例,并在此基础上对其在同余式组,多项式定理、赋值定理、密码学以及生活中的应用进行初步的讨论和分析.

关键词:中国剩余定理; 同余式组; 多项式; 密码学 引言

中国古代著名数学著作<孙子算经>记载,"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?"此问题为中国剩余定理的原型.解法和答案用算式表示为70×2+21×3+15×2-105×2=23.即得到适合题意的最小整数是23."物不知其数"开创了一次同余式研究的先河,但真正从完整的计算程序和理论上解决这个问题的事南宋时期的数学家秦九韶,秦九韶在他的《数书九章》中提出了一个数学方法"大衍求一术" .

1876年,德国人马蒂生首先指出这一解法与19世纪高斯《算术探究》中关于一次同余式组的解法完全一致.从此,中国古代数学这一创造受到世界学者瞩目,并在西方数学史著中正式称为"中国剩余定理" .

.1

中国剩余定理及其证明

设122,,,...n n m m m 两两互素的正整数,

令121122......,n n n M m m m m M m M m M ====则同余式组

()()

()

1122m od m od ........................m od n n x c m x c m x c m =??

=??

??=?

有正整数解()111222...mod n n n x M a c M a c M a c M =++且解唯一;其中i a 是满足

()()1mod ,1,2,...i i i M a m i n ≡=的一个整数.

下面我们先给出裴蜀恒等式和一个性质,然后证明中国剩余定理.

在数论中,裴蜀定理是一个关于最大公约数(或最大公约式)的定理。裴蜀定理得名于法国数学家艾蒂安·裴蜀,说明了对任何整数a 、b 和它们的最大公约数d ,关于未知数x 和y 的线性丢番图方程ax by d +=(称为裴蜀等式):

裴蜀恒等式 如果两个数的最大公约数是d ,则必定存在两个整数x ,y 使得等式ax by d +=成立..

性质 同余式组()mod 1,2,...j a b m j n ≡= 同时成立的充要条件是()1,2m od ,...n a b m m m ??≡??.

证明 先证存在性:因为1,2,...m m m 两两互素, k k

M M m =

,

故(),1,1,2,...k k M m k n ==,由裴蜀恒等式可知一定存在整数,k k αβ使得

1k k k k M m αβ+=,即1k k k k M m αβ=-+,因此必定存在k α,使

()1mod ,1,2,...k k k M m k n α≡=.又因当k λ≠时,恒有k m M λ,

所以()()1mod k k M a m k λλ≡≠.若令111222...n n n R x M a c M a c M a c ==++,则有

()()

()

11112222m od m od ................................m od n n n n R M a c m R M a c m R M a c m =??

=??

??=?

又k m M ,故()0mod k M m ≡,从而()mod t k k x R M R c m =+≡≡,1,2,...k n =. 因此()mod x R M ≡,即111222...n n n R x M a c M a c M a c ==++()m od M 为同余式组之解.

唯一性:该同余式组还有一组解y ,则有(),mod k m y x ≡,1,2,...,k n = 由于12,,...,n m m m 两两互素,因此[]1212,,...,...n M m m m m m m ==,利用所给性质可知

(),mod M y x ≡证毕.

2 中国剩余定理的推广

2.1 一元多项式环中的中国剩余定理

2.1.1 定理 设()()12,,...m x m x 是两两既约的多项式,那么对任意的多项式

()()12,,...r x r x ,()[],g x R X ?∈使得()()()()mod ,1,2,...j j g x r x m x j ≡=,记此式为

()1式,且有:

()()()()()()()()()()()()1

1111

1222...mod k k k g x M x M x r x M x M x r x M x M x r x m x ---≡+++

这里()g x 在()mod m x 下是唯一的,其中:()()()12...m x m x m x =,且有下式:

()()(),

1,2,...j j

m x m x M

x j ==,以及()1j M

x -是()j M x 对模()j M x 的逆.

2.1.2 定理的应用

在上述定理中,取(),,i i i j M x x a a a i j =-≠≠时,令()i r x r =,则有:

()().i i r x r g a ==

则可得到插值公式

()()()()()()()()

1

1

11

11...k k k

k i i M x M x r x M x M x r x x a q x --=??

++=- ???

∏其中

()()()()1

1,1

,,k k i j

k

j

j j i

j M x x a M x x a -=≠==

-=-∏∏令为:()()k h x x a l -+所以有:

()()()11k k h x M x x a l

l

-

-=

则()()()()()1

1

1

1.k k k k k i k k k i M x M a a a h a a a l l l

--===-=-+=∏.

则()

()1

1

1

11

k

k k

i i M x l

a

a --==

-∏,同理求得()1,

1,2,...j M

x j -=,代入上述插值公式,即得

到拉格朗日插值公式.

2.2 中国剩余定理在非标准数论中的推广 2.2.1 第一广义中国剩余定理

设()12,...p p 是一列标准素数,()12,...r r 是自然数集的任一无穷子列,将它作为一组余数,则()()(){}|1,2,...i i i i i x q p x q p r i Γ=?≡+=与THN 和谐.

例 证明 可数THN 的模型的总数为2ω.

证明 由第一广义中国剩余定理知每个()x Γ都是THN 和谐的,因而可以扩充为一个极大的和谐式子集,这样一个极大的和谐式子集是某个非标准数所满足的型.每一序列()()12,,...0i i r r r p ≤≤都可以对应着一个型.不同的序列对应的型也不同.因而,数论中型的个数必然必这些无穷数列的个数多,计算这样的无穷序列的个数可以得出型的个数的上界.实际上,易见这个数目为

2357.i i p ω

<=????∏

,由集合论可知

()()()2

2i i i i i p i

ii iii i ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω<<<===∏

∏∏

综上可知2i i p ω

ω

<=∏

.另一方面,作为可数理论,THN 之多有2ω个型.因此

THN 共有2ω个型.由每个型出发,利用它与THN 的和谐性可以有一个可数模型

实现它.我们知道一个可数模型之多能实现可数多个型,所以互不相同构的可数模型的总数仍为2ω. 2.2.2 第二广义中国剩余定理

设ψ是一个ω-饱和THN 模型.()12,...p p 是一列标准或非标准素数()12,...r r 是一列满足0,0i i r p i ω≤<≤<标准或非标准元素(将它作为一组余数).可以证明()()(){}|1,2,...i i i i i x q p x q p r i Γ=?≡+=与TNH 和谐.存在元素α在ψ中实现. 2.2.3 第三广义中国剩余定理

设1...,...,n r r N ∈,且()

(),1i j m m i j =≠,那么对所有,同余式()()11m od ,...

m od ,...n n x r m x r m ≡????

≡???

有解.

例 证明 存在无限组孪生拟素数(),2p p +.

证明 首先构造一组孪生拟素数:

我们规定余数列为()121,2,13,4,...i r r r i ====,即()1,2,1,1,...,由它得到式子集()()(){}1,2,...i i i i x q x q p r i Γ=?≡+=与T 和谐,在?中又非标准数p 实现

()x Γ,

显然它是一个拟素数,而且余数列的特殊取值2p +也是拟素数,即

(),2p p +使一组孪生拟素数.另一方面,如果余数列取0,1,2,...,i

r i ==设它所对应

的非标准数为q .

那么令123,2,3,...,p p q p p q p p q =+=+?=+?就得到了无限组孪生拟素数

()()()()112233,2,,,,2,2,...p p p p p p p p +++

3 中国剩余定理的另解 3.1 同余扩整法

设所求的整数为,N 引言中题意是:N 被3除余2被5除余3被7除余2求N 的最小值.我们不妨从第三个条件切入.N 被7除余2就可以说和7对于模

是同余的那么2加上7的整数倍后所得的数与N 对于模7仍同余所以用2依次加7的1倍2倍3倍后经检验2+3=23既符合被3除余2又符合被5除余3

故N 的最小值是23.于是可写成:()72797167279162335??

+++ ?

?

???

. 3.2 列方程组法

设被所得的整数商分别为依题意325372x y z N +=+=+= ()1

于是有()()

351

2571

3x y y z -=???

-=-??

解方程()2得通解 ()

()

()

25413

5x t y t t Z =+???

=+∈??

将()5式代入()3得7156z t -=.

此不定方程的通解为()

()

()

11

11763157t t z t t z =--???

=+∈??

将()6代入()4,()5同时考虑式()7得原方程组的全部整数解为

()()()()

111

173584219.31510x t y t z t t Z =+??

=+??

=+∈?

上式三式()8,()9,()10中任意一个代入()1得"物不知其数"问题的通解

123105N t =+.当10t =时23N =是最小的正整数解.

4 剩余定理的几个应用 4.1 在同余式组中的应用

例 "韩信点兵"问题:有兵一堆,若列成五行纵列则末行一人;成刘航纵队,则末行五人;成七行纵队,则末行死人;成是一行纵队,则末行是人,求兵数. 解:"韩信点兵"问题转化为数学语言即求解下列一次同余式组

()()()()

1m od 55m od 64m od 710m od 11x x x x

≡??≡??≡??≡?

按照中国剩余定理的记号1m =5,2m =6,347,11m m ==两两互素,又

123456711231067114625711385

5611330567210

M M M M M =???=??

=??=??

=??=??=??=??=??=? 又要求().1mod ,1,2,3,4,i i i a M m i ≡=得i a =3,2a =3a =4a =1, 又12341,5,4,10,c c c c ==== 于是

()

()()()()

111222333444m od 462313851533014210110m od 23101386192513202100m od 23106731m od 23102111m od 2310x M a c M a c M a c M a c M

≡+++≡??+??+??+??≡+++≡≡

即韩信的兵有21112310,k k +为非负整数. 4.2 在多项式理论中的应用

中国剩余定理在多项式中的应用时比较广泛的,其中Lagrange 内插多项式是处理许多多项式问题的基本工具;下面我们通过余数定理和插值多项式的存在唯一性定理导出Lagrange 内插多项式,再通过Lagrange 内插多项式求一级数的和.

(1)余数定理

余数定理是指一个多项式()f x 除以一线性多项式x a -的余数是()f a . (2)插值多项式的存在和唯一性定理

设()()12,,...,m x m x m 是n 个两两互素的多项式,()()()12,,...,n a x a x a x 是n 个

多项式,而一定存在多项式()f x ,使()()()()()()()()

()

()()()1122m od m od ..........................................m od n n f x a x m x f x a x m x f x a x m x ?≡?

≡????

≡?

当()x f 的次数不超过()M x ()()()()()12...n M x m x m x m x ≡的次数时,()f x 唯一确定.特别地,当[]i i m x b Q x =-∈或[]R x ,()1,2,...,i b i n =是不相等的常数,从而

()i m x ()1,2,...,i n =也就是两两互素的多项式,由余数定理可知

()()()mod i i i i m x m b x b ≡-()1,2,...,i n =,从而定理可叙述为:

一定存在()f x ,使得()()

()()

()()

1122m od m od ...................................m od n n f x a x b f x a x b f x a x b ≡-??

≡-??

??≡-?

其中i a ()1,2,...,i n =是任意给定的常数,且多项式()f x 在次数不超过n 的条件下是唯一确定的.由()()mod i i f x a x b ≡-等价于()()1,2,...,i i f b a i n ==知对任意的互不相同的()1,2,...,i b i n =及()1,2,...,i a i n =任意的存在唯一的次数小于n 的多项式()f x ,使()()1,2,...,i i f b a i n ==,这就是插值多项式的存在和唯一性定理. (3)Lagrange 内插值多项式

()()()()()

()

()11221

1

...n

n

i n n j j i j

i x b f x a M x a M x a M x a i j b

b ==-=+++=

≠-∑

其中()()()()()()()()

()111111............i i n i i i i i i i n x b x b x b x b M x b b b b b b b b -+-+----=

----()1,2,...,i n =是个两两互素的多项式,()1,2,...,i b i n =是不相等的常数,()1,2,...,i a i n =是任意给定的常数.

分析:根据插值多项式的存在和唯一性定理,由中国剩余定理的证法,只要找到多项式()i M x ()1,2,...,i n =,使

()()

()

()1mod 0mod ,i i i j M x x b M x x b i j ?≡-??

≡-≠?? 而()()()()()

()()()()

111111............i i n i i i i i i i n x b x b x b x b M x b b b b b b b b -+-+----=

----()1,2,...,i n =符合要求,于是插值

多项式()()()()()

()

()11221

1

...n

n

i n n j j i j

i x b f x a M x a M x a M x a i j b

b ==-=+++=

≠-∑

即所求.

例 利用内插值多项式简化下列数列求和问题,()2

222012...1n ++++-. 解 设和为n 的三次多项式()f n ,n 代表项数,于是有

()()()()00,10,21,35f f f f ====.由插值公式得

()()()()()()()()()()()()()()

()()()

()()

12340015013012520212330313211216

f n M n M n M n M n n n n n n n n n n =?+?+?+?------=

+?

------=

--

所以()()()2

2221012 (11216)

n n n n ++++-=--.

4.3 在赋值理论中的应用

赋值理论是域论的一个分支,是研究近代数学中几个重要分支如代数理论,交换数论的一个重要工具,而中国剩余定理在赋值论中起着重要作用,下面介绍中国剩余定理在赋值理论中的应用.

定理(赋值的独立性) 对于任意n 个p 赋值12,,...,p p pn V V V ,1,2,...,,a Q i n ∈=以及任意120,,,...,l l l m P P P ε--->,则存在b Q ∈使

(1)()1;V b a b a ε∞-=-<(2)()i

l pi i i V b a P --≤()1,2,...,i n =

证明 设m 为12,,...,n a a a 的最少公分母,令(),,1,2,...,si i pi i i i P V m r l s i n ==+=.

{}12max 1,,,...,.n r r r r =根据中国剩余定理,可求得一个c ,使得

()()()11

2

2

mod ,mod ,...,mod r

r

r

n

n

c ma p c ma pr c ma p ≡≡≡

即(),i l

r pi i i pi i i c

V c m a p V a p m --??-≤-≤

???

.

设()12...r

n q p p p =,取适当的,u v Z ∈,使

,cl uq a m l vq

ε+-<+再令

c l u q a m l v q

+=+,则

显然b 满足条件(1).又由p 距离P D 的性质:()()()()max ,,,,P P P D a b D b c D a c ≥有()m ax ,1,2,...,i l

pi i pi i i c c V b a V b a p i n m m -?

??

???-≤-

+-≤=?? ? ??????

?

. 4.4 在密码学中的应用

中国剩余定理虽是数论中的基本定理,但是在计算机密码雪中有着重要的应用.例如在Rabin 密码算法中用于解密运算.在RSA 密码算法中,中国剩余定理同样可用于RSA 的解密运算,而且使RSA 的机密速度大约底稿4倍左右,这无论对于软件还是硬件实现RSA 密码算法都非常重要的.下面主要从基于中国剩余定理的一种加密算法和中国剩余定理的RSA 解密中的应用两点来说. 4.4.1 基于中国剩余定理的一种加密算法

根据中国剩余定理,可以得出一种新的网络信息加密算法.1,23,,...,n A A A A 为

n 个互质的素数,若已知一个整数Y 除以1,23,,...,n A A A A

余数分别为123,,,...,n B B B B ,求Y .

解 令123...,n M A A A A =????

1X 表示能被23,,...,n A A A 整除的所有整数,

1Y 表示能被23...n A A A ???整除的所有整数且除以1A 余1B 的所有整数,

2X 表示能13...n A A A ???被整除的所有整数, 2Y 表示能被13...n A A A ???整除的所有整数且除以2

A 余2

B 的所有整数,

i X 表示能被1,2311,,...,,,...,i i n A A A A A A -+整除的所有整数,

i Y 表示能被整除1,2311,,...,,,...,i i n A A A A A A -+的所有整数且除以i A 余i

B 的所有整数,

那么

1231

2132121...,

...,

...

...,

n n n n n

m

X A A A m M A m X A A A m M A m

X A A A m M A -=????=?=????=?=???=?其中m 为任意整数.

设i F 满足i X 和i Y ,且令其为i Y 中最小的正整数,其中1i n ≤≤则

111231123......

...n n n n n Y F A A A A m F M m Y F A A A A m F M m

=+?????=+?=+?????=+?

那么123123.......n n Y Y Y Y Y F F F F M m =++++=+++++?

用Y 表示明文,是所要隐蔽和保护的机要信息,用123,,,...,n B B B B 表示密文,要把明文转换成一种隐蔽的形式:1,23,,...,n A A A A 和N 为密钥.

加密算法步骤如下:

步骤1:选出n 个1,23,,...,n A A A A 作为"密钥"; 步骤2:求出这n 个素数的乘积M ; 步骤3:求出123,,,...,n F F F F ;

步骤4:由123123......n n Y Y Y Y Y F F F F M m =++++=+++++? 得出

()123...n m Y F F F F M

=-++++????;

步骤5:用Y 分别除以1,23,,...,n A A A A 得余数123,,,...,n B B B B 并把它们作为密文.

解密算法的步骤如下:

已知密文123,,,...,n B B B B 和密钥1,23,,...,n A A A A 和N 算出123,,,...,n F F F F . 由123123......n n Y Y Y Y Y F F F F M m =++++=+++++?得出Y . 这样就实现了从密文和密钥到明文的整个解密过程. 加密和解密举例:

令明文200X =,密钥为5,7,11, 密文1,6,为可求出

123231,55,175,F F F ===

那么())20012315517557114m =-++??=????为另一密钥. 解密:

123123......22117555571142001.

n n Y Y Y Y Y F F F F M m =++++=+++++?=+++???=

4.4.2 中国剩余定理在RSA 解密中的应用

1978年美国麻省理工学院的三位教授Shamir A Rivest L R .,..和Adleman M .提出来一种基于因子分解的指数函数作为单项陷门函数的公开密钥算法,即著名的RSA 算法.RSA 算法是第一个较完善的PKC 算法,也是非常容易理解和实现的PKC 算法.它既可用于传输信息的加密,也可用于数字签名系统,是当前民用也是商业使用最广泛的公开密钥密码算法之一,已被国际标准化组织ISO,JTU 和SWIFT 接受为标准.

随机选取两个不同的大素数p 和q (约为150位或更大的十进制数),计算它们的乘积pq M =与相应的Euler 函数()()()()11--=q p n Function Totient Euler φ的值,将公开,而将()p n ,φ和q 保密;显然,如果不知道的素因子q 和p 的前提下,计算()n φ的值是属于NP 问题,极难实现.

再随机选取一个正整数e ,是e 满足条件:()n e φ<且()()1,gcd =N e φ(即e 与

()N φ最大共因素1),根据扩展Eulicd 算法计算()()N e d φmod 1

-=,即计算满足

()()()M ed φmod 1=的d .将e 公开,而将d 保密,就确定了RSA 算法的公开密钥

()N e PK ,=,私人密钥()N d SK ,=,密钥空间:(){}

,,,,,pq N d e q p N K ==

p

与q 为不同大素数()()}mod 1,N ed φ=.

相应地,RSA 算法中的单向陷门函数为()()N x x f t mod =,(其中K t ∈且

,N Z x ∈称为RSA

函数.其秘密陷门信息为()N φ及素数p ,q 的值.确实公钥

()N e PK ,=和私钥()N d SK ,=之后,RSA 算法的机密运算定义为:

()(),mod N m

m E c e

pk ==其中为11-≤≤N m 明文.

解密运算定义为:()()N c c D m d sk mod ==其中11-≤≤N c 为密文.

RSA

秘密算法的明文m 应为1到1-N 之间的整数,即[]'1,1-∈N m 如果明文

m 太长,可将其转换成N 进制的形式,即011

1...m N m N

m N

m m S s s

s ++++=--,

是得到分组后的明文序列(),,...,,10s m m m m =,其中[]s i N m i ≤≤∈0,,1,与之相应的密文序列为(),,...,10s c c c c =其中i c 对应于().0s i m i ≤≤

中国剩余定理是初等数论中重要的基本定理之一,它主要是刻画剩余系的结构和求解形如)()s i p d x i i ≤≤=1mod 的一次同余式方程.在计算数论中,计算中国剩余定理唯一解的方法有两种:单基数转换法和混合技术转换法,这两种防范都是非常实用的计算方法.

算法一 CRT 的单基数转换法(SRC ) (1)计算s p p p p ...21←和();1s i p p

p i

i ≤≤←

(2)计算()();1,mod 1

11s i p P Q i ≤≤←-

(3)计算唯一解().mod ...222111P Q P d Q P d Q P d x s S s +++←

利用混合技术转换法(MRC )求CRT 的唯一解的方法是..H L G arner 在1958年首先提出的.之后..D E K unth 将其用于计算数论,并进行了有益的改进.经过

..D E K unth

改进后的MRC 方法用算法描述如下:

算法二 CRT 的混合基数转换法(MRC ) (1)计算()();1,mod s i j P P B i J ji ≤≤≤← (2)分别计算

()()()()()()()()().

mod ............

;mod ;

mod 12112322112121221s s s s s s s s s i i p B B B v p v p v p v d v p B v d v p d v ---++++-←-←←

(3)计算唯一解'112123121......v p v p p v p p p v X s s ++++←-

利用中国剩余定理对RSA 密码解密,首先要将RSA 的解密运算由计算模N 的指数形式转化成求解同余式方程组的情形.为此,先介绍两个必须的数论定理

定理1 (中国剩余定理的推论) 设s p p p ,...,,21是s 个两两互素的正整数,

,...321p p p P =则同余式()()p x f mod 0≡与同余式方程组 ()()()s i p x f i ≤≤≡1mod 0等价.

定理2(费马小定理) 设q 是一个素数,x 是一个满足()0mod ≠p x 的整数, 则:().mod 11p x p ≡-

算法三 RSA 的SRC 解密算法

(1)计算()1mod 1d p ←-与()2mod 1;d d q ←- (2)计算()()12mod mod ;C c p C c q ←← (3) 计算()()1

2

1122mod mod d d M C p M C q ←←

(4)计算()()1112mod mod ;B q p B p q --←← (5)计算()1122mod .m M B q M B p M ←+ 4.5 在生活中的应用

在日常生活中我们所注意到的不是某些数,而是这些数除某一固定的数所得到的余数.例如,假定现在是早上10点,在两个小时前是几点?我们立刻可得到正确答案是早上八点,那么过了13个小时候又是几点呢?算式为10+13-12=11即晚上11点;在28个小时候手表的时针又是什么情况呢?算式为(10+28)-(12?3)=2即是两点.

解决此类问题的方法是:若现在的事件是A ,问经过B 小时后的时间,只需计算()mod 12A B c +≡,余数就是手表的时针数. 5 结束语

本文通过对中国剩余定理的描述阐述,对中国剩余定理(孙子定理)在实际生活中的应用进行了初步的说明和描述.以上只是一些简单的例子,但足可见中国剩余定理应用之广泛,地位之高,作为数学史上名垂百世的成就,其数学思想一直启发和指引着历代数学家.

致谢

历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完,在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍,都在同学和老师的帮助下度过了.尤其要强烈感谢我的论文指导老师—王众杰老师,他对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进.另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助.在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢!

感谢这篇论文所涉及到的各位学者.本文引用了数位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作.

感谢我的同学和朋友,在我写论文的过程中给予我了很多你问素材,还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助.

由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师和学友批评和指正!

参考文献

[]1纪志刚编:《孙子算经》,《张邱建算经》,《夏侯阴算经导读》,湖北教育出版社,1999年.

[]2田金兵,严政,刘合国.关于中国剩余定理[]J.湖北大学学报,2006,28(4):325-327

[]3冯国锋:《广义中国定理及其Maple解法》,重庆大学学报,2004年.

[]4曹珍富:《公钥密码学》,哈尔滨黑龙江出版社,1993年.

[]5贺毅朝,刘建芹,陈伟海,《中国剩余定理在RSA解密中的应用,河北省科学学院报,第20卷第3期,2003年.

[]6匡正:组合数学习题精解[]

M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005. []7钟善基.小学迎春杯数学竞赛指导讲座.北京师范大学出版社.

Chinese remainder theorem induction and its application

REN Xiao-yan

College of Mathematics Science No:080414001

Tutor: WANG Zhong-jie

Abstract:Chinese remainder theorem is also known as the Chinese Remainder Theorem and its mathematical thoughts in modern mathematics plays a very important role .This paper summarizes the Chinese Remainder Theorem and prove and gives the relevant classical example and based on the multinomial theorem congruence group, Olympic, assignment theorem, cryptography and application were discussed and analysis.

Key words:ChineseRemainder Theorem Congruence group Polynomial Cryptography

中国剩余定理(孙子定理)

中国剩余定理(孙子定理) 问题: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? 简单点说就是,存在一个数x,除以3余2,除以5余三,除以7余二,然后求这个数。上面给出了解法。再明白这个解法的原理之前,需要先知道一下两个定理。 定理1:几个数相加,如果存在一个加数,不能被整数a整除,那么它们的和,就不能被整数a整除。 定理2:两数不能整除,若除数扩大(或缩小)了几倍,而被除数不变,则其商和余数也同时扩大(或缩小)相同的倍数(余数必小于除数)。 以上两个定理随便个例子即可证明! 现给出求解该问题的具体步骤: 1、求出最小公倍数 lcm=3*5*7=105 2、求各个数所对应的基础数 (1)105÷3=35 35÷3=11......2 //基础数35 (2)105÷5=21 21÷5=4 (1) 定理2把1扩大3倍得到3,那么被除数也扩大3倍,得到21*3=63//基础数63 3、105÷7=15 15÷7=2 (1) 定理2把1扩大2倍得到2,那么被除数也扩大2倍,得到15*2=30//基础数30 把得到的基础数加和(注意:基础数不一定就是正数) 35+63+30=128 4、减去最小公倍数lcm(在比最小公倍数大的情况下) x=128-105=23 那么满足题意得最小的数就是23了。一共有四个步骤。下面详细解释每一步的原因。 (1)最小公倍数就不解释了,跳过(记住,这里讨论的都是两两互质的情况) (2)观察求每个数对应的基础数时候的步骤,比如第一个。105÷3=35。显然这个35是除了当前这个数不能整除以外都能够被其他数整除,就是其他数的最小公倍数。相当于找到了最小的起始值,用它去除以3发现正好余2。那么这个基础数就是35。记住35的特征,可以整除其他数但是不能被3整除,并且余数是2。体现的还不够明显,再看下5对应的基础数。21是其他数的最小公倍数,但是不能被5整除,用21除以5得到的余数是1,而要求的数除以5应该是余1的。所以余数被扩大,就得到了相应的基础数63。记住这个数的特征,可以被其他数整除但是被5除应该余三。同理,我们得到了第三个基础数23,那么他的特征就是:可以被其他数整除,但是不能被7整除,并且余数为2。 (3)第三步基础数加和,为什么要这样做呢?利用就是上面提到的定理1。 35+63+30=128。对于3来说,可以把63+30的和看作一个整体,应该他们都可以被3整除。看着上面写出的三个数的特征,运用定理1来说,就是在35的基础上加上一个可以被3整除的倍数,那么得到的结果依然还是满足原先的性质的,就是128除以同样还是余2的。同理,对于5还说,这个数被除之后会剩余3;对于7来说,被除之后剩余2。所以说,我们当前得到的这个数是满足题目要求的一个数。但是这个数是不是最小的,那就不一定了。 (4)应该不能确定是不是最小的数,这个时候就要用到他们的最小公倍数了。最小公倍数顾名思义,一定是一个同时被几个数整除的最小的一个数,所以减去它剩余下来的余数还是符合题

什么是中国剩余定理

什么是中国剩余定理?

剩余定理详细解法 中国数学史书上记载:在两千多年前的我国古代算书《孙子算经》中,有这样一个问题及其解法: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? 意思是说:现在有一堆东西,不知道它的数量,如果三个三个的数最后剩二个,如果五个五个的数最后剩三个,如果七个七个的数最后剩二个,问这堆东西有多少个?你知道这个数目吗? 《孙子算经》这道著名的数学题是我国古代数学思想“大衍求一术”的具体体现,针对这道题给出的解法是:N=70×2+21×3+15×2-2×105=23 如此巧妙的解法的关键是数字70、21和15的选择: 70是可以被5、7整除且被3除余1的最小正整数,当70×2时被3除余2 21是可以被3、7整除且被5除余1的最小正整数,当21×3时被5除余3 15是可以被3、5整除且被7除余1的最小正整数,当15×2时被7除余2 通过这种构造方法得到的N就可以满足题目的要求而减去2×105 后得到的是满足这一条件的最小正整数。 韩信点兵又称为中国剩余定理,相传汉高祖刘邦问大将军韩信统御兵士多少,韩信答说,每3人一列余1人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人……。 刘邦茫然而不知其数。 我们先考虑下列的问题:假设兵不满一万,每5人一列、9人一列、13人一列、17人一列都剩3人,则兵有多少? 首先我们先求5、9、13、17之最小公倍数9945(注:因为5、9、13、17为两两互质的整数,故其最小公倍数为这些数的积),然后再加3,得9948(人)。 中国有一本数学古书「孙子算经」也有类似的问题: 「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?」答曰:「二十三」术曰:「三三数之剩二,置一百四十,五五数之剩三,置六十三,七七数之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十减之,即得。凡三三数之剩一,则置七十,五五数之剩一,则置二十一,七七数之剩一,则置十五,即得。」 孙子算经的作者及确实着作年代均不可考,不过根据考证,着作年代不会在晋朝之后,以这个考证来说上面这种问题的解法,中国人发现得比西方早,所以这个问题的推广及其解法,被称为中国剩余定理。 中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem)在近代抽象代数学中占有一席非常重要的地位。

中国剩余定理问题的解题技巧

【问题】有1个数,除以7余2.除以8余4,除以9余3,这个数至少是多少? 这种问题称为“中国剩余定理”问题。 我一般用两种方法解决这类问题。 第一种是逐步满足法,方法麻烦一点,但适合所有这类题目。 第二种是最小共倍法,方法简单,但只适合特殊类型的题目。 还有“中国剩余定理”的方法,但它不完善且解法较为复杂,普及应用有一定难度,还不稳定。所以一般不用。 下面分别介绍一下常用的两种方法。 通用的方法:逐步满足法 【问题】一个数,除以5余1,除以3余2。问这个数最小是多少? 把除以5余1的数从小到大排列:1,6,11,16,21,26,…… 然后从小到大找除以3余2的,发现最小的是11. 所以11就是所求的数。 先满足一个条件,再满足另一个条件,所以称之为“逐步满足法”。 好多数学题目都可以用逐步满足的思想解决。 特殊的方法:最小公倍法 情况一 【问题】一个数除以5余1,除以3也余1。问这个数最小是多少?(1除外) 除以5余1:说明这个数减去1后是5的倍数。 除以3余1:说明这个数减去1后也是3的倍数。 所以,这个数减去1后是3和5的公倍数。要求最小,所以这个数减去1后就是3和5的最小公倍数。即这个数减去1后是15,所以这个数是15+1=16. 情况二

【问题】一个数除以5余4,除以3余2。问这个数最小是多少? 这种情况也可以用特殊法。 数除以5余4,说明这个数加上1后是5的倍数。 数除以3余2,说明这个数加上1后也是3的倍数。 所以,这个数加上1后是3和5的公倍数。要求最小,所以这个数加上1后就是3和5的最小公倍数。即这个数加上1后是15,所以这个数是15-1=14. 多个数的,比如3个数的,有时候其中两个可以用特殊法,那就先用特殊法,用特殊法求出满足两个条件的数后再用通用的方法求满足最后一个条件的数。 所以有时候特殊法和通用法混合使用。在使用的过程中如果能灵活运用余数问题的技巧,会非常有利于解题。 我们接下来分析最开始的那个问题。 【问题】有1个数,除以7余2.除以8余4,除以9余3,这个数至少是多少? 这道题目不能用特殊法,我们用通用法,解题过程中注意余数知识的运用。 除以7余2的数可以写成7n+2。 7n+2这样的数除以8余4,由于2除以8余2,所以要求7n除以8余2。(余数知识) 7n除以8余2,7除以8余7,要求n除以8余6(余数知识),则n最小取6。 所以满足“除以7余2,除以8余4”的最小的数是7×6+2=44. 所有满足“除以7余2,除以8余4”的数都可以写成44+56×m。(想想为什么?) 要求44+56×m除以9余3,由于44除以9余8,所以要求56×m除以9余4。(余数知识) 56×m除以9余4,由于56除以9余2,所以要求m除以9余2(余数知识),则m最小取2。 所以满足“除以7余2,除以8余4,除以9余3”的最小的数是44+56×2=156.

浅析中国剩余定理及其应用

浅析中国剩余定理及其应用 李辉 (井冈山学院数理学院信息与计算科学 343009) 指导老师颜昌元 [摘要]:本文阐述了中国剩余定理的由来,介绍了它的几种解法,及其它在多项式,现代密码学,生活方面的应用. [关键词]:中国剩余定理;解法;多项式;现代密码学 引言在中国,以剩余定理为代表的同余理论源远流长,可追溯到《周易》中的卜筮古法.秦九韶说:“圣有大衍,微寓于《易》”,即指此意.另外,同余理论的另一个来源是古代制定历法的需要.实际上,从汉末到宋末1000余年的时间中,有很多天文学家熟悉一次同余式的解法,他们在编制历法时利用它来推算“上元积年”.中国剩余定理对现代数学的研究有很强的启迪意义.特别是在多项式,密码学中的应用非常关键. 一中国剩余定理的由来 我国古代《孙子算经》中有一著名而又重要的问题:“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.答曰:二十三”.这一问题可译为:一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2.求适合条件的最小的数.题中还介绍了它的解法:“术曰:三三数之剩二,置一百四十;五五数之剩三,置六十三;七七数之剩二,置三十;并之,得二百三十三,以二百十减之,即得.”意即:物数W=70×2+21×3+15×2-2×105=23.接下来又给出了这类题的一般解法(余数为一的情况):术文说:“凡三三数之剩一,则置七十;五五数之剩一,则置二十一;七七数之剩一,则置十五.一百六以上,以一百五减之,即得.”这个问题及其解法,在世界数学史上占有重要的地位,因此,中外数学家都尊称为“孙子定理”或“中国剩余定理”. 为了比较清楚地了解“中国剩余定理”这一名称的由来,我们不妨先引进同余定义:一般地,若两个整数a、b被同一个大于1的整数m除有相同的余数,那么称a、b对于模m同余.记作: a≡b (mod m)应用同余原理,我们把“物不知其数”问题用整数的同余式符号表达出来,是:设N≡2 (mod 3)≡3 (mod 5)≡2 (mod 7),求最小的数N.答案是N=23. 书中问题及其解法,建立起数学模型就是: 设a、b、c为余数, P为整数,则N≡a(mod 3)≡b(mod 5)≡c(mod 7) 的解是: N=70a+21b+15c-105P (1) 现在,我们把上述解法中的a,b,c作一分析:设M=3×5×7,则 70=2×5×7=2×(3×5×7)/3=2×M/3

高一年级竞赛数学数论专题讲义:10.中国剩余定理

高一竞赛数论专题 10.中国剩余定理 1.(中国剩余定理)设12,,,k m m m 是k 个两两互素的正整数,证明对任意整数12,, ,k a a a ,一次同余方程组 (mod ),j j x a m ≡1.j k ≤≤必有解,在模1k j j m m ==∏的意义下解101 (mod )k j j j j x x M M a m - =≡=∑唯一. 其中1,j j j m M M m -= 是j M 关于模j m 的数论倒数即11(mod ).j j j M M m -≡ 2.解同余方程组1(mod 7)1(mod8)3(mod 9)x x x ≡??≡??≡? . 3.设*,n N ∈证明:存在* ,m N ∈使得同余方程21(mod )x m ≡在模m 的意义下至少有n 个根. (请对比拉格朗日定理). 4.证明:对任意给定的正整数n ,均有连续n 个正整数,其中每一个都有大于1的平方因子.

5.证明:对任意正整数n ,存在n 个连续正整数,它们中每一个数都不是素数的幂. 6.证明:存在任意长的由不同正整数组成的等差数列,它的项都是正整数的幂,幂指数是大于1的整数. 7.设,m n 是自然数,满足对任意自然数,k (,111)(,111)m k n k -=-.证明存在某个整数l 使得11.l m n =

高一竞赛数论专题 10.中国剩余定理解答 1.(中国剩余定理)设12,,,k m m m 是k 个两两互素的正整数,证明对任意整数12,, ,k a a a ,一次同余方程组 (mod ),j j x a m ≡1.j k ≤≤必有解,在模1k j j m m ==∏的意义下解101 (mod )k j j j j x x M M a m - =≡=∑唯一. 其中1,j j j m M M m -= 是j M 关于模j m 的数论倒数即11(mod ).j j j M M m -≡ 证明:因为(,)1,,i j m m i j =≠所以(,) 1.j j M m =由Bezout 定理知道存在整数,s t 使得 1.j j sM tm += 1(mod ).j j sM m ≡取1.j M s - =于是11(mod ).j j j M M m -≡另一方面,,j j m M m =所以|,.i j m M i j ≠ 于是111(mod )(1,2,,).k j j j i i i i i j M M a M M a a m i k --=≡≡=∑即11(mod )k j j j j x M M a m -=≡∑是一次同余方程组(mod ),j j x a m ≡1j k ≤≤的解. 若00 ,x x '是是一次同余方程组(mod ),j j x a m ≡1j k ≤≤的两个解. 则00 (mod ),(mod ).j j j j x a m x a m '≡≡于是00(mod ).j x x m '≡即00|j m x x '-.因为(,)1,.i j m m i j =≠ 所以00 |m x x '-,即00(mod ).x x m '≡ 所以中国剩余定理的得证. 2.解同余方程组1(mod 7)1(mod8)3(mod 9)x x x ≡??≡??≡? . 解:7,8,9两两互素,则由中国剩余定理知道有唯一解. 123789504,72,63,56.M M M M =??==== 1722(mod 7),M =≡取114(mod 7).M -≡ 2631(mod8),M =≡-取12 1(mod8).M -≡- 3562(mod 9),M =≡取135(mod 9).M -≡

小学奥数:中国剩余定理

在一千多年前的《孙子算经》中,有这样一道算术题:“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?”按照今天的话来说:一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2,求这个数。这样的问题,也有人称为“韩信点兵”.它形成了一类问题,也就是初等数论中的解同余式。 ① 有一个数,除以3余2,除以4余1,问这个数除以12余几? 解:除以3余2的数有:2, 5, 8, 11,14, 17, 20,23… 它们除以12的余数是:2,5,8,11,2,5,8,11… 除以4余1的数有:1, 5, 9, 13, 17, 21, 25,29… 它们除以12的余数是:1, 5, 9, 1, 5, 9,…. 一个数除以12的余数是唯一的.上面两行余数中,只有5是共同的,因此这个数除以12的余数是5。如果我们把①的问题改变一下,不求被12除的余数,而是求这个数.很明显,满足条件的数是很多的,它是5+12×整数,整数可以取0,1,2,…,无穷无尽.事实上,我们首先找出5后,注意到12是3与4的最小公倍数,再加上12的整数倍,就都是满足条件的数.这样就是把“除以3余2,除以4余1”两个条件合并成“除以12余5”一个条件.《孙子算经》提出的问题有三个条件,我们可以先把两个条件合并成一个.然后再与第三个条件合并,就可找到答案. ②一个数除以3余2,除以5余3,除以7余2,求符合条件的最小数。 解:先列出除以3余2的数:2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23,26… 再列出除以5余3的数:3, 8, 13, 18, 23,28… 这两列数中,首先出现的公共数是8.3与5的最小公倍数是15.两个条件合并成一个就是8+15×整数,列出这一串数是8, 23, 38,…,再列出除以7余2的数 2, 9, 16, 23,30… 就得出符合题目条件的最小数是23. 事实上,我们已把题目中三个条件合并成一个:被105除余23. 那么韩信点的兵在1000-1500之间,可能是105×10+23=1073人 问题:“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?”答曰:“二十三”术曰: 三三数剩一置几何?答曰:五乘七乘二得之七十。 五五数剩一复置几何?答曰,三乘七得之二十一是也。 七七数剩一又置几何?答曰,三乘五得之十五是也。 三乘五乘七,又得一百零五。 则可知已,又三三数之剩二,置一百四十,五五数之剩三,置六十三,七七数之剩二,置三十,并之,得二百三十三,以二百一十减之,即得。凡三三数之剩一,则置七十,五五数

六下奥数1中国剩余定理

六下奥数1 论述中国剩余定理的形成及对教育的影响 摘要:“中国剩余定理”是由秦九韶从“孙子定理”的基础上推广而来的,本文从论述中国剩余定理的形成到中国剩余定理的主要方法和对现代教育的影响来写。中国剩余定理在高中有初步的基础应用,在大学中的初等数论中该定理得到了仔细的讲解。中国剩余定理的思想方法和原则不仅有光辉的历史意义,而且在近代数学中仍然有着重大影响和作用。 引言 随着数学学科的发展,数学方面的知识得到了不断的更新和强化。 在数学发展史上,剩余问题(即:在整数除法里,一个数同时除以几个数,整数商后,均有剩余;已知各除数及其对应的余数,要求适合条件的这个被除数。这类问题统称剩余问题)曾经困扰过人们很长一段时间。这个问题的解决,是我们中国人迈出了开拓性的第一步。 如果说,一部中国数学发展史像一条源远流长的河流,那么几千年来祖先们取得的辉煌成就,就是这河流中耀眼的浪花。在祖先取得的成就中有一个“中国剩余定理”。大家都知道,“勾股定理”最早是由我国西周时期的商高发现的,但国外却称其为“毕达哥拉斯定理”,法国称为“驴桥定理”,埃及称为“埃及三角形”等。还有“增乘开方法”,最早是由我国宋代的贾宪发明的,但现代数学却称其为“霍纳法”,贾宪的发明比霍纳早了800年。而中国剩余定理则是唯一一个以我国国名命名的定理,大家一定对这个定理很感兴趣,很想知道关于这个定理的故事。现在我就为大家简单介绍一下“中国剩余定理”。 1、中国剩余定理的简介及形成 在我国古代劳动人民中,长期流传着“隔墙算”、“剪管术”、“秦王暗点兵”等数学游戏。有一首“孙子歌”,甚至远渡重洋,输入日本:“三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆正半月,除百零五便得知。”这些饶有趣味的数学游戏,以各种不同形式,介绍世界闻名的“孙子问题”的解法,通俗地反映了中国古代数学一项卓越的成就。“孙子问题”在现代数论中是一个一次同余问题,它最早出现在我国公元四世纪的数学著作《孙子算经》中。《孙子算经》是算经十书之一,又作《孙子算术》。现有传本《孙子算经》分上、中、下共3卷。该书作者和确切成书年代均无法考证,大约成书于公元400年前后。中国古代求解一次同余式组(见同余)的方法。是数论中一个重要定理。又称中国剩余定理。 一千多年前的《孙子算经》中,有这样一道算术题:“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?”按照今天的话来说:一个数除以三余二,除以五余三,除以七余二,求这个数。《孙子算经》给出了一个非常有效的巧妙解法。术曰:“三、三数之剩二,置一百四十;五、五数之剩三,置六十三;七、七数之剩二,置三十,并之,得二百三十三。以二百一十减之,即得。凡三、三数之剩一,则置七十;五、五数之剩一,则置二十一;七、七数之剩一,则置十五。一百六以上,一百五减之,即得。 在中国数学史上,广泛流传着一个“韩信点兵”的故事:韩信是汉高祖刘邦手下的大将,他英勇善战,智谋超群,为汉朝的建立立下了卓绝的功劳。据说韩信的数学水平也非常高超,他在点兵的时候,为了保住军事机密,不让敌人知道自己部队的实力,先令士兵从1至3报数,然后记下最后一个士兵所报之数;再令士兵从1至5报数,也记下最后一个士兵所报之数;最后令士兵从1至7报数,又记下最后一个士兵所报之数;这样,他很快就算出了自己部队士兵的总人数,而敌人则始终无法弄清他的部队究竟有多少名士兵?因为《孙子算经》对这类问题的研究只是初具雏形,还远远谈不上完整,其不足之处在于: (1 )没有把解法总结成文,致使后人研究多凭猜测;

数学运算“中国剩余定理”的应用

数学运算“中国剩余定理”的应用 例1:一个数被3除余1,被4除余2,被5除余4,这个数最小是几? 题中3、4、5三个数两两互质。 则…4,5?=20;…3,5?=15;…3,4?=12;…3,4,5?=60。 为了使20被3除余1,用20×2=40; 使15被4除余1,用15×3=45; 使12被5除余1,用12×3=36。 然后,40×1+45×2+36×4=274, 因为,274>60,所以,274-60×4=34,就是所求的数。 例2:一个数被3除余2,被7除余4,被8除余5,这个数最小是几? 题中3、7、8三个数两两互质。 则…7,8?=56;…3,8?=24;…3,7?=21;…3,7,8?=168。 为了使56被3除余1,用56×2=112; 使24被7除余1,用24×5=120。 使21被8除余1,用21×5=105; 然后,112×2+120×4+105×5=1229, 因为,1229>168,所以,1229-168×7=53,就是所求的数。 例3:一个数除以5余4,除以8余3,除以11余2,求满足条件的最小的自然数。

题中5、8、11三个数两两互质。 则…8,11?=88;…5,11?=55;…5,8?=40;…5,8,11?=440。 为了使88被5除余1,用88×2=176; 使55被8除余1,用55×7=385; 使40被11除余1,用40×8=320。 然后,176×4+385×3+320×2=2499, 因为,2499>440,所以,2499-440×5=299,就是所求的数。 例4:有一个年级的同学,每9人一排多5人,每7人一排多1人,每5人一排多2人,问这个年级至少有多少人? 题中9、7、5三个数两两互质。 则…7,5?=35;…9,5?=45;…9,7?=63;…9,7,5?=315。 为了使35被9除余1,用35×8=280; 使45被7除余1,用45×5=225; 使63被5除余1,用63×2=126。 然后,280×5+225×1+126×2=1877, 因为,1877>315,所以,1877-315×5=302,就是所求的数。 例5:有一个年级的同学,每9人一排多6人,每7人一排多2人,每5人一排多3人,问这个年级至少有多少人? 题中9、7、5三个数两两互质。 则…7,5?=35;…9,5?=45;…9,7?=63;…9,7,5?=315。 为了使35被9除余1,用35×8=280; 使45被7除余1,用45×5=225;

五年级奥数.数论.中国剩余定理及弃九法(A级).学生版

一、 中国剩余定理——中国古代趣题 1) 趣题一 中国数学名著《孙子算经》里有这样的问题:“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?”答曰:“二十三。” 此类问题我们可以称为“物不知其数”类型,又被称为“韩信点兵”。 韩信点兵又称为中国剩余定理,相传汉高祖刘邦问大将军韩信统御兵士多少,韩信答说,每3人一列余1人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人……。刘邦茫然而不知其数。 我们先考虑下列的问题:假设兵不满一万,每5人一列、9人一列、13人一列、17人一列都剩3人,则兵有多少? 首先我们先求5、9、13、17之最小公倍数9945(注:因为5、9、13、17为两两互质的整数,故其最小公倍数为这些数的积),然后再加3,得9948(人)。 孙子算经的作者及确实著作年代均不可考,不过根据考证,著作年代不会在晋朝之后,以这个考证来说上面这种问题的解法,中国人发现得比西方早,所以这个问题的推广及其解法,被称为中国剩余定理。中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem )在近代抽象代数学中占有一席非常重要的地位。 2) 趣题二 我国明朝有位大数学家叫程大位,他在解答“物不知其数”问题(即: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?)时用四句诗概括出这类问题的优秀解法: “三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆正月半,除百零五便得知.” 这首诗就是解答此类问题的金钥匙,它被世界各国称为“中国剩余定理”(Chinese Remainder Theorem ),是我国古代数学的一项辉煌成果.诗中的每一句话都表示一个步骤: 三人同行七十稀,是说除以3所得的余数用70乘. 五树梅花廿一枝,是说除以5所得的余数用21乘. 七子团圆正月半,是说除以7所得的余数用15乘. 除百零五便得知,是说把上面乘得的3个积加起来,减去105的倍数,减得差就是所求的数. 此题的中国剩余定理的解法是:用70乘3除所得的余数,21乘5除所得的余数,15乘7除所得知识框架 中国剩余定理及弃九法

秦九韶与中国剩余定理

秦九韶与中国剩余定理 报告人:宋文法一、前言: 中国人的三大发明:指南针、造纸术及火药,影响整个世界既深且广。中国古代的数学成就,更是在整个世界的数学知识历史发展中,占有举足轻重的角色,甚至是领先外国发现很久很久的,除了商高定理、圆周率的逼近、刘徽的极限割圆术,还有中国人的中国剩余定理,而谈到这个世界闻名的数论问题,更不能不谈南宋末年秦九韶的贡献。 二、自小勤奋好学的秦九韶: 秦九韶(1202--1261年),南宋末期人物。秦九韶 性敏慧,勤奋好学,幼年随父居中都(今北京),受到 名师指导,学习日益增进,在建筑方面也极有才能。 宋朝绍定四年(公元1231年),秦九韶考中进士, 先后担任县尉、通判、参议官、州守、司农、寺丞等职。 他虽置身政治,但对数学的研究并未放弃。在政务之余, 还广泛搜集历学、数学、星象、音律、营造等数据,进 行分类研究。宋朝淳祜四至七年间(1244--1247),把长期研究积累的数学知识加以编辑,以四年的时间,在1247年九月,在浙江湖州完成了《数书九章》十八卷,此时中国的局势,正是在蒙古入侵中原,兵荒马乱的动荡时期,秦九韶因此书而名留千古。 三、孙子问题: 在《孙子算经1》下卷第二十六题是一个举世闻名的数学问题,一般人称它为「孙子问题」2: 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? 《孙子算经》所给的答案是: 1清代戴震根據該書中有出現長安、洛陽、佛書等用語,排除該書作者為春秋軍事家孫武,近人錢寶琮認為《孫子算經》成書在西元400年(南北朝時期)左右。《孫子算經》是一部在古代供數學初學者使用的入門書,包括度量衡制度、大數進位法、籌算記數法、九九乘法表及整數 乘除法等。困擾現在小學生的雞兔同籠問題,也早就出現在此書。 2也稱「物不知數」問題,中國後來的「韓信點兵」、「鬼谷算」、「隔墻算」、「剪管術」、「秦王暗點兵」之名,皆是指同一類的數論命題別名。

(小学奥数)5-5-6 中国剩余定理及余数性质拓展.学生版

1. 系统学习中国剩余定理和新中国剩余定理 2. 掌握中国剩余定理的核心思想,并灵活运用 一、中国剩余定理——中国古代趣题 (1)趣题一 中国数学名著《孙子算经》里有这样的问题:“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?”答曰:“二十三。” 此类问题我们可以称为“物不知其数”类型,又被称为“韩信点兵”。 韩信点兵又称为中国剩余定理,相传汉高祖刘邦问大将军韩信统御兵士多少,韩信答说,每3人一列余1人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人……。刘邦茫然而不知其数。 我们先考虑下列的问题:假设兵不满一万,每5人一列、9人一列、13人一列、17人一列都剩3人,则兵有多少? 首先我们先求5、9、13、17之最小公倍数9945(注:因为5、9、13、17为两两互质的整数,故其最小公倍数为这些数的积),然后再加3,得9948(人)。 孙子算经的作者及确实著作年代均不可考,不过根据考证,著作年代不会在晋朝之后,以这个考证来说上面这种问题的解法,中国人发现得比西方早,所以这个问题的推广及其解法,被称为中国剩余定理。中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem )在近代抽象代数学中占有一席非常重要的地位。 (2)趣题二 我国明朝有位大数学家叫程大位,他在解答“物不知其数”问题(即: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?)时用四句诗概括出这类问题的优秀解法: “三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆正月半,除百零五便得知.” 这首诗就是解答此类问题的金钥匙,它被世界各国称为“中国剩余定理”(Chinese Remainder Theorem ),是我国古代数学的一项辉煌成果.诗中的每一句话都表示一个步骤: 三人同行七十稀,是说除以3所得的余数用70乘. 五树梅花廿一枝,是说除以5所得的余数用21乘. 七子团圆正月半,是说除以7所得的余数用15乘. 除百零五便得知,是说把上面乘得的3个积加起来,减去105的倍数,减得差就是所求的数. 此题的中国剩余定理的解法是:用70乘3除所得的余数,21乘5除所得的余数,15乘7除所得的余数,把这3个结果加起来,如果它大于105,则减去105,所得的差如果仍比105大,则继续减去105,最后所得的整数就是所求.也就是270321215233?+?+?=,233105128-=,12810523-= 为什么70,21,15,105有此神奇效用?70,21,15,105是从何而来? 先看70,21,15,105的性质:70被3除余1,被5,7整除,所以70a 是一个被3除余a 而被5与7整除的数;21是5除余1,被3与7整除的数,因此21b 是被5除余b ,被3与7整除的数;同理15c 是被7除余c ,被3、5整除的数,105是3,5,7的最小公倍数.也就是说,702115a b c ++是被3除余a ,被5除余b ,被7除余c 的数,这个数可能是解答,但不一定是最小的,因此还要减去它们的公倍数. 了解了“剩余定理”的秘密后,对类似于上面的题目,我们都可以用中国剩余定理来解答. 二、核心思想和方法 对于这一类问题,我们有一套看似繁琐但是一旦掌握便可一通百通的方法,下面我们就以《孙子算经》知识点拨 教学目标 5-5-4.中国剩余定理 及余数性质拓展

中国剩余定理及应用

“中国剩余定理”算理及其应用 “中国剩余定理”算理及其应用: 为什么这样解呢?因为70是5和7的公倍数,且除以3余1。21是3和7的公倍数,且除以5余1。15是3和5的公倍数,且除以7余1。(任何一个一次同余式组,只要根据这个规律求出那几个关键数字,那么这个一次同余式组就不难解出了。)把70、21、15这三个数分别乘以它们的余数,再把三个积加起来是233,符合题意,但不是最小,而105又是3、5、7的最小公倍数,去掉105的倍数,剩下的差就是最小的一个答案。 用歌诀解题容易记忆,但有它的局限性,只能限于用3、5、7三个数去除,用其它的数去除就不行了。后来我国数学家又研究了这个问题,运用了像上面分析的方法那样进行解答。 例1:一个数被3除余1,被4除余2,被5除余4,这个数最小是几? 题中3、4、5三个数两两互质。 则〔4,5〕=20;〔3,5〕=15;〔3,4〕=12;〔3,4,5〕=60。 为了使20被3除余1,用20×2=40; 使15被4除余1,用15×3=45; 使12被5除余1,用12×3=36。 然后,40×1+45×2+36×4=274, 因为,274>60,所以,274-60×4=34,就是所求的数。 例2:一个数被3除余2,被7除余4,被8除余5,这个数最小是几? 题中3、7、8三个数两两互质。 则〔7,8〕=56;〔3,8〕=24;〔3,7〕=21;〔3,7,8〕=168。 为了使56被3除余1,用56×2=112; 使24被7除余1,用24×5=120。 使21被8除余1,用21×5=105; 然后,112×2+120×4+105×5=1229, 因为,1229>168,所以,1229-168×7=53,就是所求的数。 例3:一个数除以5余4,除以8余3,除以11余2,求满足条件的最小的自然数。 题中5、8、11三个数两两互质。 则〔8,11〕=88;〔5,11〕=55;〔5,8〕=40;〔5,8,11〕=440。 为了使88被5除余1,用88×2=176; 使55被8除余1,用55×7=385; 使40被11除余1,用40×8=320。 然后,176×4+385×3+320×2=2499, 因为,2499>440,所以,2499-440×5=299,就是所求的数。 例4:有一个年级的同学,每9人一排多5人,每7人一排多1人,每5人一排多2人,问这个年级至少有多少人?(幸福123老师问的题目) 题中9、7、5三个数两两互质。 则〔7,5〕=35;〔9,5〕=45;〔9,7〕=63;〔9,7,5〕=315。 为了使35被9除余1,用35×8=280; 使45被7除余1,用45×5=225; 使63被5除余1,用63×2=126。

中国剩余定理

中国剩余定理 孙子定理是中国古代求解一次同余式组(见同余)的方法。是数论中一个重要定理。又称中国余数定理。一元线性同余方程组问题最早可见于中国南北朝时期(公元5世纪)的数学著作《孙子算经》卷下第二十六题,叫做“物不知数”问题,原文如下: 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?即,一个整数除以三余二,除以五余三,除以七余二,求这个整数。《孙子算经》中首次提到了同余方程组问题,以及以上具体问题的解法,因此在中文数学文献中也会将中国剩余定理称为孙子定理。 中文名 孙子定理 外文名 Chinese remainder theorem(CRT) 分类 数学 提出 孙子 问题 一元线性同余方程组 又名 余数定理 目录 .1公式 .2文献 .3交换环上推广 .?主理想整环

.?一般的交换环 .4数论相关 .5例题解析 公式 用现代数学的语言来说明的话,中国剩余定理给出了以下的一元线性同余方程组: 有解的判定条件,并用构造法给出了在有解情况下解的具体形式。 中国剩余定理说明:假设整数m1,m2, ... ,m n两两互质,则对任意的整数:a1,a2, ... ,a n,方程组 有解,并且通解可以用如下方式构造得到: 设 是整数m1,m2, ... ,m n的乘积,并设 是除了m i以外的n- 1个整数的乘积。 设 为 模

的数论倒数( 为 模 意义下的逆元) 方程组 的通解形式为 在模 的意义下,方程组 只有一个解: 证明 [1]: 从假设可知,对任何 ,由于

,所以 这说明存在整数 使得 这样的 叫做 模 的数论倒数。考察乘积 可知: 所以 满足: 这说明

成都市第七中学高一年级竞赛数学数论专题讲义:10.中国剩余定理

成都七中高一竞赛数论专题 10.中国剩余定理 1.(中国剩余定理)设12,, ,k m m m 是k 个两两互素的正整数,证明对任意整数12,,,k a a a ,一次同余方程组 (mod ),j j x a m ≡1.j k ≤≤必有解,在模1 k j j m m == ∏的意义下解101 (mod )k j j j j x x M M a m -=≡= ∑唯一. 其中1,j j j m M M m -=是j M 关于模j m 的数论倒数即1 1(mod ).j j j M M m -≡

2.解同余方程组1(mod 7)1(mod8)3(mod 9)x x x ≡?? ≡??≡? . 3.设*,n N ∈证明:存在* ,m N ∈使得同余方程2 1(mod )x m ≡在模m 的意义下至少有n 个根. (请对比拉格朗日定理).

4.证明:对任意给定的正整数n,均有连续n个正整数,其中每一个都有大于1的平方因子. 5.证明:对任意正整数n,存在n个连续正整数,它们中每一个数都不是素数的幂.

6.证明:存在任意长的由不同正整数组成的等差数列,它的项都是正整数的幂,幂指数是大于1的整数. 7.设,m n 是自然数,满足对任意自然数,k (,111)(,111)m k n k -=-.证明存在某个整数l 使得11.l m n =

高一竞赛数论专题 10.中国剩余定理解答 1.(中国剩余定理)设12,, ,k m m m 是k 个两两互素的正整数,证明对任意整数12,, ,k a a a ,一次同余方程组 (mod ),j j x a m ≡1.j k ≤≤必有解,在模1k j j m m == ∏的意义下解1 01 (mod )k j j j j x x M M a m -=≡=∑唯一. 其中1,j j j m M M m -=是j M 关于模j m 的数论倒数即1 1(mod ).j j j M M m -≡ 证明:因为(,)1,,i j m m i j =≠所以(,) 1.j j M m =由Bezout 定理知道存在整数,s t 使得 1.j j sM tm += 1(mod ).j j sM m ≡取1.j M s -=于是1 1(mod ).j j j M M m -≡另一方面, ,j j m M m =所以|,.i j m M i j ≠ 于是 111 (mod )(1,2, ,).k j j j i i i i i j M M a M M a a m i k --=≡≡=∑即1 1 (mod )k j j j j x M M a m -=≡∑是一次同余方程 组(mod ),j j x a m ≡1j k ≤≤的解. 若00 ,x x '是是一次同余方程组(mod ),j j x a m ≡1j k ≤≤的两个解. 则00 (mod ),(mod ).j j j j x a m x a m '≡≡于是00(mod ).j x x m '≡即00|j m x x '-.因为(,)1,.i j m m i j =≠ 所以00 |m x x '-,即00(mod ).x x m '≡ 所以中国剩余定理的得证. 2.解同余方程组1(mod 7) 1(mod8)3(mod 9)x x x ≡?? ≡??≡? . 解:7,8,9两两互素,则由中国剩余定理知道有唯一解. 123789504,72,63,56.M M M M =??==== 1722(mod 7),M =≡取114(mod 7).M -≡ 2631(mod8),M =≡-取1 21(mod8).M -≡-

奥数 余数问题 中国剩余定理

被除数÷除数=商+余数(余数<除数) 同余定理1 如果a,b除以c的余数相同,那么我们说a,b对于c是同余的。并且我们说a,b之间的差能被c整除。(a b c三个数都是自然数) 例1:有一个大于1的数,除45,59,101所得的余数相同,求这个数可能是多少? 习题1:已知三个数127,99和一个小于30的两位数a除以一个一位数b的余数都是3,求a 和b的值. 同余定理2 a和b的积除以c的余数,等于a,b分别除以c的余数的积或者这个余数的积再除以c所得的余数。(a b c均为自然数) 例2:22003除以7的余数是多少? 习题2:??的积,除以4的余数是_____. 例3:今有一类数,除以3余数是2,除以5余数是3,除以7余数是2.试问这个类数最小那个又什么?(中国剩余定理) 分析:此题就是国际上有名的“中国剩余定理”,早在中国古代人们就中国人民就掌握了这种题型的解法。此题解法很多,在此介绍同余尝试法。在附录中有此种题型的一般解法。题目中给出的条件比较多,假如一开始就同时考虑三个条件,由于关系复杂很难一下子看出答案。所以应该先考虑其中的一个条件,进而考虑其中的两个条件,最后考虑三个条件,以求出最后答案。一般应该先考虑除数最大的那个条件,即找出除以7余2的数: 2 ,9 ,16 ,23,30,37,43,50,57…… 在此,我们必须在上面的数列中找出满足第二个条件的数,即除以5余3的数,显然, 23,23+5×7,23+5×7×2,23+5×7×3,23+5×7×4……以上数列都能满足前面两个要求。所以,能够满足‘除以7余2,除以5余3’这两个条件的数有 23,58,93,128,163,198,233,268,303,338…… 接下去,我们要继续考虑第三个条件,以上数列中满足除以3余数是2的数,显然 23,23+5×7×3,23+5×7×3×2,23+5×7×3×3…… 综上,我们发现 23,128,233,338,443…… 均能满足‘除以3余数是2,除以5余数是3,除以7余数是2’,其中最小的数是23。 以上的求解过程我们叫同余尝试法,难点在于尝试这个过程会导致计算量比较大,但是这种解题方法适应性强,条件可以无限制增加,方法不变。

中国剩余定理

中国古代求解一次同余式组(见同余)的方法。是数论中一个重要定理。又称中国剩余定理。 注释:三数为a b c,余数分别为m1 m2 m3,%为求今年余计算,&&是“且”运算。 孙子定理 孙子定理 1、分别找出能被两个数整除,而满足被第三个整除余一的最小的数。 k1%b==k1%c==0 && k1%a==1; k2%a==k2%c==0 && k2%b==1; k3%a==k3%b==0 && k3%c==1; 2、将三个未知数乘对应数字的余数再加起来,减去这三个数的最小公倍数的整数倍即得结果。 Answer = k1×m1 + k2×m2 + k3×m3 - P×(a×b×c); P为满足Answer > 0的最大整数; 或者Answer = (k1×m1 + k2×m2 + k3×m3)%(a×b×c) ; 解题思路: 令某数为M,令素数为A,B,C,D,…,Z,已知M/A余a,M/B余b,M/C余c,M/D余d,…,M/Z余z。求M=? 因为A,B,C,D,…,Z为不同的素数,故,B*C*D*…*Z不可能被A整除,有等差数列(B*C*D*…*Z)+(B*C*D*…*Z)N中取A个连续项,这A个连续项分别除以A的余数必然存在0,1,2,

3,…,A-1,所以,从这A个连续项中能寻找到除以A余1的数。再用除以A余1的这个数*a其积必然除以A余a,这个除以A余a 的数,为能够被素数B*C*D*…*Z整除的数,为第一个数; 再按同样的道理,从A*C*D*…*Z的倍数中寻找除以B余b的数,该数具备被素数A,C,D,…,Z整除的特性,为第二个数; 因为,第一个数除以A余a,第二个数能被素数A,C,D,…,Z整除,即能被A整除,所以,第一个数+第二个数之和,仍然保持除以A余a; 同理,第二个数除以B余b,因第一个数能被B整除,所以,第二个数+第一个数之和,仍然保持除以B余b。即,第一个数+第二个数之和,为满足除以A余a,除以B余b。 依此类推,按上面的方法寻找到除以各素因子的余数的数之总和,为满足除以各素因子余数的条件的数。总和再减去能被这几个素数共同整除的数(A*B*C*D*…*Z)N后,其差仍然保持除以各素因子余数的条件的数。由此构成孙子定理的解法。 (中国剩余定理CRT)设m1,m2,...,mk是两两互素的正整数,即gcd(mi,mj) =1,i≠j,i,j = 1,2,...,k 则同余方程组: x≡b1 (mod m1) x≡b2 (mod m2) ... x≡bk (mod mk)

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