中国剩余定理
创始人
2024-05-02 17:23:08
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最近总是用到中国剩余定理,以前对于这个定理非常的模糊,有时间静下心来简单的学习一下中国剩余定理,文章没有深度,写下这篇博客以作记录。

中国剩余定理CRT

  • 前言
  • 一、描述
  • 二、中国剩余定理求解方法
    • 1.除以三余二
    • 2.除以五余三
    • 3.除以七余二
    • 4.结论
  • 总结


前言

中国剩余定理又称孙子定理或中国余数定理,是数论中的一个关于一元线性同余方程组的定理,说明了一元线性同余方程组有解的准则以及求解方法。在古代称为孙子定理、鬼谷算、秦王暗点兵、物不知数等。


一、描述

在古代中,“物不知其数”中的表述如下:

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?

大概的意思就是一个整数除以三余二,除以五余三,除以七余二,求这个整数。在《孙子算经》中首次提到了同余方程组问题,并且给出了该问题的解法,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。可见我国古代的人是非常的聪明的。


古代的数学家对上面的问题“物不知其数”问题做出了完整系统的解答,并编出来了口诀(太厉害了!)

三人同行七十希,五树梅花廿一支,七子团圆正半月,除百零五便得知

这句话的意思就是除以三的余数乘七十,除以五的余数乘二十一,除以七余数乘十五,得到的结果就是即为加上一百零五的整数倍。
对“物不知其数”问题进行解答即可得到

70×2+21×3+15× 2=233=2 ×105+23.

即解为23

二、中国剩余定理求解方法

使用中国剩余定理对“物不知其数”该问题进行解答,列出来线性同余方程组如下:
在这里插入图片描述

我们来分开对方程组求解,大概的思路如下:
在这里插入图片描述
数a除以三等于一,除以五等于零,除以七等于零;数b除以三等于零,除以五等于一,除以七等于零;数c除以三等于零,除以五等于零,除以七等于一。
a乘除以三的余数,b乘除以五的余数,c乘除以七的余数。即上面求解“物不知其数”口诀的意思。

1.除以三余二

我们可以先找出一个整数a除以三等于一,除以五等于零,除以七等于零

5*7=35:35的倍数即可以保证除以五等于零,除以七等于零。
35(mod3)=2
35×2(mod3)=1

即该整数a为70
这也就是“三人同行七十希”

70(mod3)=1
70(mod5)=0
70(mod7)=0

则”除以三等于二,除以五等于零,除以七等于零“的整数a‘即为70×除于三的余数:即70×2=140

140(mod3)=2
140(mod5)=0
140(mod7)=0


2.除以五余三

我们可以先找出一个整数b除以五等于一,除以三等于零,除以七等于零

3*7=21:21的倍数即可以保证除以三等于零,除以七等于零。
21(mod5)=1

即该整数a为21
这也就是“五树梅花廿一支”

21(mod3)=0
21(mod5)=1
21(mod7)=0

则”除以五等于三,除以三等于零,除以七等于零“的整数b‘即为21×除于五的余数:即21×3=63

63(mod3)=0
63(mod5)=3
63(mod7)=0

3.除以七余二

我们可以先找出一个整数c除以七等于一,除以三等于零,除以五等于零

3*5=15:15的倍数即可以保证除以三等于零,除以七等于零。
15(mod7)=1

即该整数c为15
这也就是“七子团圆正半月“

15(mod3)=0
15(mod5)=0
15(mod7)=1

则”除以七等于二,除以三等于零,除以七等于零“的整数c‘即为15×除于五的余数:即15×2=30

30(mod3)=0
30(mod5)=0
30(mod7)=2

4.结论

最后的解为:a‘+b’+c’=140+63+30=233
3、5、7的最小公倍数为105

即该解为:233+n×105
n最小为-2:此时最小的正整数解为23

总结

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:
在这里插入图片描述
假设整数m1,m2,m3…mn两两互素,则对于任意的整数x,满足以上方程组。则:
在这里插入图片描述
不得不感叹中国的古人是有大智慧的!
如有错误之处,感谢指正!

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