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问题
一个分数 的分母n 是两个互质的数a 和b 的乘积,将这个分数分解为两个分母分别是a 和b 的分数。
解:设要求的分数是 和 ,那么我们应当有b x +a y =m ;因此,x 就是同余方程b x ≡m (mod a )的根。我们可以通过第2章中的方法求出这个根,并且y 就等于 。
显然,同余方程b x ≡m 有无限多个根,所有的根都对于模a 同余;但是,仅有一个根是正的而且小于a 。y 是负值的情况也是有可能的。顺便要指出的是,我们还能够通过同余方程a y ≡m (mod b )求出y ,并且通过等式x 求出x 。例如,给定分数 ,4就是表达式 的一个值,所以 就能够被分解为 。
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如果给定分数 ,分母n 是任意个互质的因数a ,b ,c ,d ,…的乘积,那么,根据上个条目,它首先可以分解成两个分母是a 和b c d …的分数,然后再把分母是b c d …的分数分解成分母是b 和c d …的分数,再把分母是c d …的分数继续分解,以此类推,直到给定的分数被分解成这样的形式
显然,我们可以取分子α ,β ,γ ,δ ,…为正的并且小于它们的分母,但最后一个分子除外,因为其余的分子一旦确定,它就不是任意的了——它可能是负的或者大于它的分母(如果我们不预先假设n <m ) ——在这种情况下,最好是把分数表示为 的形式,其中ε 是正的且小于e ,k 是整数。最后,可以取a ,b ,c ,…为质数或者是质数幂。
例:分数 ,它的分母是4×3×7×11,按照这种方式 分解成 分解成 分解成 ,因此,用 代替 ,我们得出: 。
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分数 只能以唯一一种方式被分解成 的形式,使得α ,β ,…都是正的且小于a ,b ,…,也就是说,如果我们假设
并且,如果α ′,β ′也是正的,并且小于a ,b ,…,我们就一定有α =α ′,β =β ′,γ =γ ′,…,k =k ′。这是因为,如果等式两边乘以n =a b c …,就有m ≡α b c d …≡α ′b c d …(mod a ),由于b c d …与a 互质,一定有α ≡α ′,因此α =α ′。那么β ≡β ′,…,立即推出k ≡k ′。因为首先取哪个分母是完全任意的,显然,我们可以像上个条目中求α 那样来求所有的分子,也就是利用同余方程β a c d …≡m (mod b )来求β ,γ a b d …≡m (mod c )来求γ ,…。那么,求得的所有分数的和就等于分数 ,也即它们之间的差就是整数k 。这就给了我们检查计算的一个手段。那么,在前一个条目中,表达式 (mod 4), 的值就直接给出了对应于分母4,3,7,11,分子分别为1,2,1,4,并且这些分数的和比给定的分数大1。