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定理証明済み

中国剰余定理

内容

n1,…,nkn_1,\dots,n_k が対ごとに互いに素な正の整数であるとき、任意の整数 a1,…,aka_1,\dots,a_k に対して、合同式の系 x≡ai(modni)x\equiv a_i \pmod{n_i}(i=1,…,ki=1,\dots,k)は解 xx を持ち、それは N=n1n2⋯nkN=n_1n_2\cdots n_k を法として一意である。

なぜ正しいのか?

対ごとに互いに素な法は独立した情報を運ぶため、それぞれについて余りを指定すると、それらの積を法として一意な剰余が定まる ― 互いに素な周期で動く複数の時計から一つの数を読み取るようなものである。

証明の概略

各 ii について Ni=N/niN_i=N/n_i とおく。gcd⁡(Ni,ni)=1\gcd(N_i,n_i)=1 なので、ベズーの等式は整数 yiy_i を与え、Niyi≡1(modni)N_iy_i\equiv1\pmod{n_i} を満たす。このとき x=∑iaiNiyix=\sum_i a_iN_iy_i は x≡ai(modni)x\equiv a_i\pmod{n_i} をすべての ii について満たす。なぜなら Nj≡0(modni)N_j\equiv0\pmod{n_i} が j≠ij\ne i のとき成り立つからである。NN を法とする一意性は、二つの解がすべての nin_i の倍数だけ異なる、したがって NN の倍数だけ異なることから従う。

証明者

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ステップごとの証明

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参考文献

  1. Carl Friedrich Gauss (trans. Arthur A. Clarke) (1986). Disquisitiones Arithmeticae · DOI:10.1016/B978-044450871-3/50117-0
  2. Jean-Claude Martzloff (1997). A History of Chinese Mathematics · DOI:10.1007/978-3-540-33783-6