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python/TangDou/AcWing/NumberTheory/合并同余方程.md
HuangHai 1f397eca87 'commit'
2025-08-30 18:35:01 +08:00

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https://blog.csdn.net/sleepiest/article/details/81865741

这个不看懂,没法看 https://www.luogu.com.cn/blog/blue/kuo-zhan-zhong-guo-sheng-yu-ding-li

1 导语

同余方程组,是形如 $$\large x \equiv x_1 (mod \ \ p_1 ) \ \large x \equiv x_2 (mod \ \ p_2 ) \ \large ... \ \large x \equiv x_n (mod \ \ p_n )$$ 的方程组。

当$\large p_1,p_2,...,p_n$两两互质的时候,我们可以使用中国剩余定理。但如果他们不互质呢?

2 裴蜀定理与扩展欧几里得算法

这里先介绍一下裴蜀定理与扩展欧几里得算法作为铺垫。

裴蜀定理:对于不完全为 的非负整数 , 表示 的最大公约数。则必然存在整数对 ,使得

\large (a,b)=ax+by

具体证明略。

扩展欧几里得算法则是对这个方程求解的算法。

3 合并同余方程组

比如我们先合并前两个方程。

\large x \equiv x_1 (mod \ \ p_1 ) \\ \large x \equiv x_2 (mod \ \ p_2 )

根据余数的定义,我们可以将方程改写为 $$\large x=x_1 \times k_1 +p_1 \ \ (1) \ x=x_2 \times k_2 +p_2 \ \ (2)


合并$(1),(2)$得:

$$\large x_1*k_1-x_2*k_2=p_2-p_1 \ \ (3) $$

这是一个关于$k_1,k_2$的不定方程,当$\large (p_2—p_1)\% gcd(x_1,x_2)=0$时有解。


当有解时,用扩展欧几里得可求得 $k_{1}$ 的一个特解,设为 $k^{'}$ ,
那么 $k_{1}$ 的通解为:$\large k_{1} = k^{'}+ t * (x_{2} / gcd(x_{1},x_{2}))$

将 $k_{1}$ 代回到式$1$中可得:
$$\large x_1*(k^{'}+t*(x_2/gcd(x_1,x_2)))+p_1=x \\
 \Rightarrow \\
\large x_1*x_2 /gcd(x_1,x_2)*t+x_1*k^{'}+p_1= x $$

可以发现:$\large x_{1} *x_{2} / gcd(x_{1},x_{2})$是$x_{1} ,x_{2}$ 的最小公倍数,可以转换表示为 $[x_{1},x_{2}]$

$$\large [x_1,x_2]*t+x_1*k^{'}+p_1=x $$

所以合并式$(1),(2)$两个同余组,变为:
$$\large x ≡ x_{1} * k^{'} + p_{1} (mod  [x_{1},x_{2}])$$

$\large x_{1}, p_{1}$ 都是已知的,只需求某个特解 $\large k^{'}$  和 $\large [x_{1},x_{2}]$ 即可。

### 4 举个栗子
$$ \large
  \left\{\begin{matrix}
   x \equiv 2(mod \ 4) \\ 
   x \equiv 4(mod \ 6) \\ 
  \end{matrix}\right.  \Rightarrow  x \equiv 10 (mod \ 12)

由$(1)$式,手动模拟一些x,得:$6,$10$,14,18,$22$,26,30,$34$,38,42,$46...

由$(2)$式,手动模拟一些x,得:10$,16,$22$,28,$34$,40,$46,...

可以发现,这两个式子要想得到的公共解,其实是一组解,它们是:\large 10,22,34,46,...

找一下规律,就是从$\large 10$开始,循环节为$\large 12$,也就是原来两个模数$\large p_1,p_2$的$\large [p_1,p_2]$。