12.5.1 原文

12.5.1 原文

第30节研究同余式的乘积模与因数模的关系。

当模是合数时,有时利用下面方法很有利。

设模为mn,相关的同余式ax≡b(mod mn)。首先,解关于模m的同余式。假定它得到满足,如果x≡v(mod m/δ),这里δ是数m和a的最大公约数。显然,相对于模mn满足同余式ax≡b的x的任意值,也相对于模m满足同余式,从而可以用形式v+(m/δ)x′来表示,这里x′是某个任意整数。然而,反之则不成立,因为并非形如v+(m/δ)x′所有的数满足相对于模mn的同余式。确定x′值的事宜,使得v+(m/δ)x′是同余式ax≡b(mod mn)的根,能够从同余式(am/δ)x′+av≡b(mod mn)的解或者等价的同余式(a/δ)x′≡(b-av)/m(mod n)的解中导出。这就推出,相对于模mn的任何一次同余式的解,都能从两个相对于模m和模n的任何一次同余式的解中导出。显然,如果n又是两个因数的乘积,相对于模n的同余式的解依赖于两个同余式,它们的模就是这两个因数。一般地说,相对于合数模的同余式的解,取决于其他同余式的解,这些同余式的模是合数的因数。这些因数可以是素数,如果这样做方便的话。

我们采用高斯的具体数例,解释乘积模同余式的解法,较为清晰:

19x≡1(mod 140)。

模140是四个素数2,2,5,7的乘积,从小到大排列。系数不变,可相对各个素数模,推导出四个同余式。各同余式的常数当然要渐次计算。

1 关于素数模2

考虑第一个素数模2的同余式:

19x≡1(mod 2)。

取19关于模2的余数,19=2×9+1,拆成两个同余式。依整除性质,“因δ整除a,ax≡0(modδ)”,去除2×9x≡0(mod 2),留下同余式

x≡1(mod 2)。

满足这个同余式的x值,都可表示成x=1+2x′,x′是任意整数。

高斯说:“显然,相对于模mn满足同余式ax≡b的x的任意值,也相对于模m满足同余式,从而可以用形式v+(m/δ)x′来表示,这里x′是某个任意整数。”把x=1+2x′代入原同余式19x≡1(mod 140),得

38x′≡-18(mod 140)。

依三项最大公约数性质,“bδx≡aδ(mod cδ)和bx≡a(mod c)等价”,约去2得

19x′≡-9(mod 70)。

2 关于第二个素数模2

据同余式19x′≡-9(mod 70),70=2×5×7。系数不变,对第二个素数模2的同余式

19x′≡-9(mod 2)。

因19=2×9+1,去除2×9x′≡0(mod 2)。取系数19关于模2的余数1,有

x′≡1(mod 2)。

把解x′表示成x′=1+2x″,新变量x″为任意整数。代入19x′≡-9(mod 70),整理得

38x″≡-28(mod 70),

约去三项最大公约数2,得

19x″≡-14(mod 35)。

3 关于第三个素数模5

根据同余式19x″≡-14(mod 35),35=5×7。考虑关于素数模5的同余式:

19x″≡-14(mod 5)。

利用“如果相对于同一个模,许多数与同一个数同余,它们(相对于同一个模)彼此同余”,寻找作为系数倍数的常数。

关于模5与余数-14同余的数-9,-4,…,71,76中,找到76,是19的4倍:

19x″≡76(mod 5)。

在“当k和c互素时,bkx≡ak(mod c)和bx≡a(mod c)等价”下,由系数19与模5互素,可以约去最大公约数19,得

x″≡4(mod 5)。

再引入新变量x‴,x‴是任意整数,把解x″表示为x″=4+5x‴。代入上式,得

95x′≡-90(mod 35)。

依三项最大公约数性质,约去5得

19x‴≡-18(mod 7)。

4 关于第四个素数模7

最后一步,待解同余式19x‴≡-18(mod 7)只有一个素数模7。

因19=2×7+5,利用整除性质,去除2×7x‴≡0(mod 7),留下

5x‴≡-18(mod 7)。

在关于模7与余数-18同余的许多数-11,-4,3,10中,找到10,是系数5的2倍,

5x‴≡10(mod 7)。

因系数5与模7互素,系数5与常数10可同时除以最大公约数5,得

x‴≡2(mod 7)。

再引入新变量x″″,表为x‴=2+7x″″,x″″是任意整数。