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简单数论

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本篇博文为看视频学习时的记录与自己的一些总结

简单数论

比较难,之后完善

整除

a % b == 0 一般被我们写作 $b \mid a$

有若干性质:

  1. 若 $a \mid b$,可知 $-a \mid b$,$a \ \mid-b$,$\left\vert a \right\vert \mid \left\vert b \right\vert$
  2. 若 $a \mid b$ 且 $b \mid c$,可知 $a \mid c$
  3. 若 $a \mid b$ 且 $a \mid c$,可知 $ a \mid (bx + cy) $,其中 $x$,$y$ 为任意整数
  4. 若 $a \mid b$,可知 $am \mid bm$,其中 $m$ 为非零整数
  5. 若 $a \mid b$,$b \mid a$,可知 $b=\pm a$,即 $\left\vert b \right\vert = \left\vert a \right\vert$
  6. 若 $a \mid bc$,且 $a$ 与 $c$ 互质,则 $a \mid b$
  7. 若 $a \mid b$,$a \mid c$,且 $b$ 与 $c$ 互质,则 $a \mid bc$
  8. 若 $a \mid b$,$c$ 为任意整数,则 $b \mid ac$
  9. 对任意整数 $a$,$b > 0$,存在唯一的数对 $q$,$r$,使 $a = bq + r$,其中 $0 \le r < b$,这个事实称为带余除法定理,是整除理论的基础
  10. 若 $c \mid a$,$c \mid b$,则称 $c$ 是 $a$,$b$ 的公因数。若 $d$ 是 $a$,$b$ 的公因数,$d \ge 0$,且 $d$ 可被 $a$,$b$ 的任意公因数整除,则 $d$ 是 $a$,$b$ 的最大公因数。若 $a$,$b$ 的最大公因数等于 $1$,则称 $a$,$b$ 互素,也称互质。累次利用带余除法可以求出 $a$,$b$ 的最大公因数,这种方法常称为辗转相除法。又称欧几里得算法。

a % b == c % b,可以说 $a \equiv c \pmod{b}$

有很多优秀的性质

  1. 取模运算:$a % p (a \bmod p)$,表示 $a$ 除以 $p$ 的余数。
  2. 模 $p$ 加法:$(a + b) % p = (a % p + b % p) % p$
  3. 模 $p$ 减法:$(a - b) % p = (a % p - b % p) % p$
  4. 模 $p$ 乘法:$(a * b) % p = ((a % p) * (b % p)) % p$
  5. 幂模 $p$:$(a^b) % p = ((a % p)^b) % p$
  6. 模运算满足结合律、交换律和分配律。
  7. $a \equiv b \pmod{n}$ 表示 $a$ 和 $b$ 模 $n$ 同余,即 $a$ 和 $b$ 除以 $n$ 的余数相等。

同余的性质

  1. 反身性:$a \equiv a \pmod{m}$;
  2. 对称性:若 $a \equiv b \pmod{m}$,$b \equiv a \pmod{m}$;
  3. 传递性:若 $a \equiv b \pmod{m}$,$b \equiv c \pmod{m}$,则 $a \equiv c \pmod{m}$;
  4. 同余式相加:若 $a \equiv b \pmod{m}$,$c \equiv d \pmod{m}$,则 $a+c \equiv b+d \pmod{m}$;
  5. 同余式相乘:若 $a \equiv b \pmod{m}$,$c \equiv d \pmod{m}$,则 $a c \equiv b d \pmod{m}$。

一些常见定理

欧拉定理

$\gcd(a,n) = 1$,则 $a^{\phi(n)} \equiv 1 \pmod{n}$

费马小定理

$p$ 为质数,$\gcd(a,p) = 1$,$a^{(p-1)} \equiv 1 \pmod{p}$

卢卡斯定理

威尔逊定理

欧几里得定理

$\gcd(a,b) = \gcd(b,a%b)$
辗转相除,写递归
另外
$\operatorname{lcm}(m,n) * \gcd(a,b) == a*b$

Gcd=d, A=cd, B=ed, Lcm=ced, Lcm*Gcd=A*B

扩展欧几里得算法

  • 欧几里得算法(辗转相除)
  • 反向递推 ax + by = gcd(a,b) = d 的解

逆元

中国剩余定理

素数

欧拉函数

唯一分解定理

一些算法

  • 唯一分解定理 $O(\phi(n))$
  • 阶乘质因数分解
  • Miller_Robin 素数检验 $O(s \log n)$
  • Pollard-rho 大数因式分解 $O(\text{sqrt} 4(n))$
  • mobius 反演
  • 原根

扩充

  • 哥德巴赫猜想

  • 黎曼猜想