剩余类、完全剩余系和简化剩余系

发布时间:2022-07-01 发布网站:脚本宝典
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剩余类(同余类)

定义

给定一个正整数 (n)​​​​​​,把所有整数根据模 (n)​ 的余数 (rin[0,n-1])​ 分为 (n)​ 类,每一类数都是诸如 (C_r=n*x+r, xin Z)​ 的形式,这样的一类数所构成的一个集合称为模 (n)​​​​​​​​​​ 的剩余类。

例如我们取 (n=1145, r=14)​,则 (C_{14}=1145x+14)​,为模 (1145)​ 的剩余系,(-1131,14,1159)​ 都是其中的元素。

性质

剩余类的性质都很显然,没什么好说的,直接过了。

完全剩余系(完系)

定义

给定一个正整数 (n)​​​​​​​,有 (n)​​​​​​​ 个不同的模 (n)​​​​​​​ 的剩余类,从这 (n)​​​​​​​ 个不同的剩余类中各取出一个元素,总共 (n)​​​​​​​​ 个数,将这些数构成一个新的集合,则称这个集合为模 (n)​​​​​​​ 的完全剩余系。

例如我们取 (n=5)​​,则 ({0,1,2,3,4})​ 是一个模 (5)​ 的完全剩余系,({5,1,8,-3,14})​ 也是一个模 (5)​​ 的完全剩余系。

性质

对于一个模 (n)​​​​ 的完全剩余系 (r)​​​​​,若有 (ain Z, bin Z)​​​​,且 (gcd(n,a)=1)​​​​,则 (a*r_i+b (iin[0,n-1]))​​ 也构成一个模 (n)​​ 的完全剩余系。​

证明:

命题 (1)​​ :如果 (r)​​ 是一个模 (n)​​ 的剩余系,那 (r_i+b)​​ 一定也构成一个模 (n)​​ 的完全剩余系。

反证法,若 (r_i+b)​ 不构成一个模 (n)​ 的完全剩余系,则存在两个元素同余 (n)​,即有 (r_x+bequiv r_y+bpmod n)​,同余式两边同时减去 (b)​,有 (r_xequiv r_ypmod n)​,与 (r)​ 是一个模 (n)​ 的剩余系这一前提矛盾,命题 (1) 得证。

命题 (2)​:若 (r)​ 是一个模 (n)​ 的完全剩余系,对于任意的整数 (a)​,若有 (gcd(a,n)=1)​,则 (a*r_i)​ 也构成一个模 (n)​ 的完全剩余系。

同样是反证法,若结论不成立,则有 (a*r_xequiv a*r_ypmod n)​,因为 (gcd(a,n)=1)​,所以一定存在 (amod p)​ 的逆元 (inv(a))​,同余式两边同时乘以 (inv(a))​,则有 (r_xequiv r_ypmod n)​​​​​,与前提矛盾,命题 (2) 得证。

这俩个命题都得证,所以 (a*r_i)​ 构成一个模 (n)​ 的完全剩余系,(a*r_i+b)​ 也构成一个模 (n)​ 的完全剩余系,故性质得证。

简化剩余系(既约剩余系、简系)

定义

给定一个正整数 (n),有 (varphi(n)) 个不同的、模 (n) 的余数 (r)(n) 互质的剩余类,从这 (varphi(n)) 个剩余类中各取出一个元素,总共 (varphi(n))​ 个数,将这些数构成一个新的集合,则称这个集合为模 (n) 的完全剩余系。

例如我们取 (n=10)​​,则 ({1,3,7,9})​​ 是一个模 (10)​​ 的简化剩余系;取 (n=5)​​,则 ({1,8,7,14})​​ 是一个模 (5)​​​​ 的简化剩余系,显然模 (n)​ 的简化剩余系中所有的数都与 (n) 互质。

性质

对于一个模 (n)​ 的完全剩余系 (r)​,若有 (ain Z)​ 且 (gcd(n,a)=1)​,则 (a*r_i)​​ 也构成一个模 (n)​ 的完全剩余系。证明跟上面的差不多,反证就完了嗷。

脚本宝典总结

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