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擴展歐幾里德定理

擴展歐幾里得定理是關於整數a和b的最大公約數(GCD)的一個重要性質,它表明對於任意非零整數a和b,存在整數x和y,使得ax+by=GCD(a,b)。這個定理是歐幾里得算法的擴展,後者是用來計算兩個整數的最大公約數的經典算法。

具體來說,擴展歐幾里得定理的證明過程如下:

當b=0時,GCD(a,b)等於a本身,此時x=1,y=0。

當b不為0時,我們可以套用歐幾里得算法的原理,即GCD(a,b)=GCD(b,a mod b)。這意味著我們可以找到整數x1和y1,使得ax1+by1=GCD(a,b)。同時,我們也可以找到整數x2和y2,使得bx2+(a mod b)y2=GCD(b,a mod b)。通過比較這兩個等式,我們可以找到新的整數x和y,使得x1=y2和y1=x2-(a/b)*y2。這樣,我們就得到了滿足ax+by=GCD(a,b)的新的整數解x和y。

擴展歐幾里得算法不僅用於計算兩個數的最大公約數,還可以用於求解模線性方程及方程組。此外,它還可以用來找到一個數的乘法逆元,即在模運算中,找到一個數x,使得ax≡1(mod f),其中a和f是整數,且f是素數。當a與f互素時,乘法逆元存在。

綜上所述,擴展歐幾里得定理是一個強大的工具,它不僅幫助我們理解整數的最大公約數的性質,還可以套用於解決模運算中的各種問題。