扩展中国剩余定理略解

Posted by Dispwnl on June 13, 2018

既然是数论就做好面对一大堆式子的觉悟了吧

中国剩余定理应该都知道,就是可以用来搞同余方程组,但有个前提:模数得互质

遇到不互质的同余方程怎么办呢?

这就要求我们找到一个通式

扩展中国剩余定理就可以解决这个问题

假设现在有同余方程 \(\left\{\begin{matrix}x\equiv a_1\pmod{p_1} \\x\equiv a_2\pmod{p_2} \\... \\x\equiv a_n\pmod{p_n} \end{matrix}\right.\) 先看前两项可以化为$x=a_1+k_1p_1=a_2+k_2p_2$

移项得:$k_1p_1-k_2p_2=a_2-a_1$

根据贝祖定理,有解得满足:$(p_1,p_2)\vert (a_2-a_1)$

那同除一下?$\frac{p_1k_1}{(p_1,p_2)}-\frac{p_2k_2}{(p_1,p_2)}=\frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}$

移项,可以化成同余的形式($k_2$为商)$\frac{p_1}{(p_1,p_2)}k_\equiv \frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}\pmod {\frac{p_2}{(p_1,p_2)}}$

再同除:$k_1\equiv \frac{\frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}}{\frac{p_1}{(p_1,p_2)}}\pmod{\frac{p_2}{(p_1,p_2)}}$

除化为逆元:$k_1\equiv \frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}inv(\frac{p_1}{(p_1,p_2)})\pmod {\frac{p_2}{(p_1,p_2)}}$

$k_1$就出来了:$k_1= \frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}inv(\frac{p_1}{(p_1,p_2)})+K\frac{p_2}{(p_1,p_2)}$

回带:$x= \frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}inv(\frac{p_1}{(p_1,p_2)})p_1+K\frac{p_2}{(p_1,p_2)}p_1+a_1$

又是一个同余的形式($K$为商):$x\equiv [\frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}inv(\frac{p_1}{(p_1,p_2)})p_1+a_1]\pmod {\frac{p_2}{(p_1,p_2)}p_1}$

这样就又是一个同余方程的样子,$a_1$和$a_2$,$p_1$和$p_2$分别合并成一个 $A=\frac{a_2-a_1}{(p_1,p_2)}inv(\frac{p_1}{(p_1,p_2)})\%\frac{p_2}{(p_1,p_2)}\times p_1+a_1,P=\frac{p_2}{(p_1,p_2)}\times p_1$

这样两个同余方程就合成了一个

把剩下的一一合并,最后的$A$就是答案简单吧