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第3节 关于同余的基本定理

作者:德-卡尔·弗里德里希·高斯/译者:邵林 当前章节:1588 字 更新时间:2026-7-17 01:14

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建立起这些概念以后,我们来整理一下关于同余的一些比较明显的性质。

对合数模同余的两个数,一定对这个模的每个除数也同余。

如果若干个数对于同一个模都有相同的剩余,那么,它们彼此都同余 (对于同一个模) 。

在下面这些定理中,我们也假定模都是相同的。

同余的数有相同的最小剩余;不同余的数有不同的最小剩余。

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给定数A ,B ,C ,…,以及数a ,b ,c ,…,如果数a ,b ,c ,…对于同样的模与数A ,B ,C ,…同余,即A ≡a ,B ≡b ,C ≡c ,等等,那么,A +B +C +…≡a +b +c +…。

如果A ≡a ,B ≡b ,那么A -B ≡a -b 。

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如果A ≡a ,那么kA ≡ka 。

如果k 是正数,那么条目7只是条目6的特殊情况,使A =B =C =…,a =b =c =…。如果k 为负,则-k 为正。因此,-kA ≡-ka ,因而kA ≡ka 。

如果A ≡a ,B ≡b ,则AB ≡ab ,因为AB ≡Ab ≡ba 。

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给定任意数A ,B ,C ,…,以及数a ,b ,c ,…,若数a ,b ,c ,…与数A ,B ,C ,…对于同样的模同余,即A ≡a ,B ≡b ,…则这两组数的乘积也同余,即ABC …≡abc …。

从条目7知AB ≡ab ,同理ABC ≡abc ,并可以推广到任意多个因数。

若所有数A ,B ,C ,…都相等,且所有数a ,b ,c ,…都相等,可得定理:若A ≡a 且k 是正整数,则A k ≡a k 。

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设X 是不确定数x 的形如Ax a +Bx b +Cx c +…的代数函数,其中A ,B ,C ,…都是任意整数;a ,b ,c ,…都是非负整数。那么,如果x 的取值关于某个模同余,则对应的X 的值也对于这个模同余。

令x 取值f ,g 且f ≡g ,从定理7知f a ≡g a 且Af a ≡Ag a ,同理Bf b ≡Bg b ,…。因此:Af a +Bf b +Cf c +…≡Ag a +Bg b +Cg c +…,证讫。

本定理可以推广到含多个不确定数的函数,这很好理解。

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因此,如果用连续的全部整数替换x ,函数X 的对应值就成为最小剩余,并构成一组序列。其中,间隔m (m 是模) 个项后,重复的项会出现,即此序列是以m 个项为周期并无限重复。例如,令X =x 3 -8x +6且m =5,那么,对于x =0,1,2,3,4,…,X 的值关于模5有这些最小正剩余:1,4,3,4,3,1,4,…,其中前5个数1,4,3,4,3是无限重复的。反过来,如果给x 依次赋予负值,序列的周期相同,但项的顺序相反。可知,整个序列不会出现这个周期之外的其他项。

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在上例中,X 不能与0或者2关于模5同余,X 更不能等于0或者2。因此等式x 3 -8x +6=0和x 3 -8x +4=0都没有整数解,也没有有理数解。更普遍地,如果X 是不确定数x 的函数,形式为:x n +Ax n -1 +Bx n -2 +…+N ,其中A ,B ,C ,…是整数,n 为正整数(众所周知,所有代数方程都可以简化为这个形式) 。显然,如果对于某个模同余关系X ≡0不能成立,则方程X =0没有有理根。第8部分 [3] 将对此判别法进行充分探讨。但从这个例子可以看到这些研究的实用性。

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