同余
1. 同余的定义
定义 两个整数 除以正整数 ,若余数相同,则称 与 关于模 同余,记作 。
显然
在数论的上下文中,记号 表示 与 的最大公约数。
2. 同余的性质
2.1 常用性质
模为正整数,下列的数字都是整数。
- (自反性)
- (对称性)
- (传递性)
- 特别地
- 反复运用上面的结论,得
- 若
- 当 时,
- 当 时,
2.2 费尔马小定理
设 是素数, 是正整数,且 ,则
证明
由于 模 的余数各不相同,否则,若存在 ,其中 ,则 ,而 ,那么 ,这是不可能的。因此 模 的余数必然取遍 这 个数,仅可能顺序不同。
故
又 是素数,则
所以由性质(6)得
3. 剩余类和完全剩余系
3.1 剩余类定义
定义 设 ,把全体整数按对模 的余数进行分类,余数为 的所有整数归为一类,记为 , 称为模 的一个 剩余类()。
显然, 是一个以 为公差的无穷等差数集,即
3.2 剩余类性质
- ,且
- 对任意的 ,有唯一的 使
- 对任意的 有
3.3 完全剩余系
定义 设 是模 的全部剩余类,从每个 中任取一个数 ,这 个数 组成模为 的一个 完全剩余系,简称 完系。
定义 称为模 的 最小非负完系。
由定义易得结论: 个整数 是模 的一个完系的充要条件是 时,不存在 。
4. 不定方程
5. 孙子定理
设 是两两互质的正整数,记
则同余方程组
有且仅有唯一解
其中