整除与最大公约数

定义 1

a,b 为整数,如果 b = akk \in Z,a 必定能整除 b, 记为 a \mid b (读作 a 整除 b)。


定理 1

假设 a, b \in Z,且 a \mid b, 则任何  c \in Z 都有 a \mid bc

证明过程:

由 a \mid b 可知, 存在 k \in Z 使得 b = ak;

两边乘以 c 得到 bc = (ak)c = a(kc)kc \in Z

所以 a \mid bc


定理 2

如果 a \mid b 且 b \mid c,那么必有 a \mid c

证明过程: 

由 a \mid b 可知,存在 k \in Z 使得 b = ak

由 b \mid c 可知,存在 h \in Z 使得 c = bh

进而得到 c = (ak)h = a(kh), 又kh \in Z

所以 a \mid c


定理 3

如果 a \mid b 且 a \mid c,则任何 r, c \in Z 都使得 a \mid (br + cs)

证明过程:

a \mid b可知,存在 k \in Z 使得 b = ak

a \mid c可知,存在 h \in Z 使得 c = ah

进而 (br + cs) = (akr + ahs) = a(kr+hs),又 (kr + hs) \in Z

所以 a \mid (br + cs)


定义 2

能同时整除非零整数 a,b,且为其中最大的数是这两个数的最大公约数(greatest common divisors),记为 (a, b)

公理 1

两数互质,其最大公约数必为 1。

定理 3

定理 5

能整除两数之差,必定与两数有相同的最大公约数。即

m \mid (a - b) \Rightarrow (a, m) = (b, m) (a,b,m \in Z)

证明过程:

由 m \mid (a - b) 可知必定存在 :

k_{a}, k_{b},r \in Z_{\geq 0}r < m 使得:

 \begin{align*}a &=(mk_{a} + r) \\b &=(mk_{b}  + r) \\\end{align*}

由此可知, 当 r 等于 0 时,m \mid b, m \mid a \Rightarrow (m, a) = (m, b) = m

当 r 大于0 时,m \nmid b, m \nmid a

假设 d = (a, m), 则有

\begin{align*}
m &= dk_{m} \\
a &= dk_{a} 
\end{align*}




定理 5

假设 a,b 均为非0整数。以a 为被除数 ,b 为除数相除,求余得 r;用除数作为下一轮的被除数, 用余数作为下一轮的除数求余,以此类推;直到求出最后一个不为0的余数,即为 a,b的最大公约数。

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