2013河南选调生考试行测辅导:同余问题中的剩余定理

2013-08-20 国家公务员考试网

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  余数问题中的一个重要问题就是同余问题,在同余问题解决过程中,硕文公务员考试研究中心推荐代入法和口诀法两大类。其中口诀法是公倍数做周期,余同取余,和同加和,差同减差的应用,但是有时候会出现余不同,和不同并且差也不同的现象,这就需要我们采用剩余定理进行解决。

  剩余定理的原理是在“孙子问题”现代数论中的一个一次同余问题,它最早出现在我国公元四世纪的数学著作《孙子算经》中。《孙子算经》卷下“物不知数”题说:有物不知其数,三个一数余二,五个一数余三,七个一数又余二,问该物总数几何?显然,这相当于求不定方程组

  N=3x+2,N=5y+3,N=7x+2

  的正整数解N,或用现代数论符号表示,等价于解下列的一次同余组:

  N 2(mod3) 3(mod5) 2(mod7)②

  《孙子算经》所给答案是N=23。由于孙子问题数据比较简单,这个答数通过试算也可以得到。但是《孙子算经》并不是这样做的。“物不知数”题的术文指 出解题的方法:三三数之,取数七十,与余数二相乘;五五数之,取数二十一,与余数三相乘;七七数之,取数十五,与余数二相乘。将诸乘积相加,然后减去一百 零五的倍数。列成算式就是:

  N=70×3+21×3+15×2-2×105。

  这里105是模数3、5、7的最小公倍数,容易看出,《孙子算经》给出的是符合条件的最小正整数。对于一般余数的情形,《孙子算经》术文指出,只要把 上述算法中的余数2、3、2分别换成新的余数就行了。以R1、R2、R3表示这些余数,那么《孙子算经》相当于给出公式

  N=70×R1+21×R2+15×R3-P×105(p是整数)。

  孙子算法的关键,在于70、21和15这三个数的确定。后来流传的《孙子歌》中所说“七十稀”、“廿一枝”和“正半月”,就是暗指这三个关键的数字。《孙子算经》没有说明这三个数的来历。实际上,它们具有如下特性:

  

  也就是说,这三个数可以从最小公倍数M=3×5×7=105中各约去模数3、5、7后,再分别乘以整数2、1、1而得到。假令 k1=2,K2=1,K3=1,那么整数Ki(i=1,2,3)的选取使所得到的三数70、21、15被相应模数相除的时候余数都是1。由此出发,立即可 以推出,在余数是R1、R2、R3的情况下,

  

  综合以上三式又可得到

  

  因为M=3×5×7可被它的任一因子整除,于是又有:

  

  这里P是整数。这就证明了《孙子算经》的公式。应用上述推理,可以完全类似地把孙子算法推广到一般情形:设有一数N,分别被两两互素的几个数a1、a2、……an相除得余数R1、R2、……Rn,即

  N≡Ri(modai)(i=1、2、……n),

  只需求出一组数Ki,使满足

  

  那么适合已给一次同余组的最小正数解是

  

  (P是整数,M=a1×a2×……×an),这就是现代数论中著名的剩余定理。如上所说,它的基本形式已经包含在《孙子算经》“物不知数”题的解法之中。不过《孙子算经》没有明确地表述这个一般的定理。

  剩余定理的原理比较繁琐,不如直接套用解题方法进行快速解题更能解决行测中的类似问题。下面给出一些例题,对剩余定理的解题方法加以熟练:

  【例1】一个数被3除余1,被4除余2,被5除余4,这个数最小是多少?

  【解析】题中3、4、5三个数两两互质。

  则〔4,5〕=20;〔3,5〕=15;〔3,4〕=12;〔3,4,5〕=60。

  为了使20被3除余1,用20×2=40;

  使15被4除余1,用15×3=45;

  使12被5除余1,用12×3=36。

  然后,分别乘以他们的余数:40×1+45×2+36×4=274,

  因为,274>60,所以,274-60×4=34,就是所求的数。

  【例2】一个数被3除余2,被7除余4,被8除余5,这个数最小是多少?

  在1000内符合这样条件的数有几个?

  【解析】题中3、7、8三个数两两互质。

  则〔7,8〕=56;〔3,8〕=24;〔3,7〕=21;〔3,7,8〕=168。

  为了使56被3除余1,用56×2=112;

  使24被7除余1,用24×5=120;

  使21被8除余1,用21×5=105;

  然后,112×2+120×4+105×5=1229。

  因为,1229>168,所以,1229-168×7=53,就是所求的数。

  再用(1000-53)/168得5, 所以在1000内符合条件的数有5个。

  【例3】一个数除以5余4,除以8余3,除以11余2,求满足条件的最小的自然数。

  【解析】题中5、8、11三个数两两互质。

  则〔8,11〕=88;〔5,11〕=55;〔5,8〕=40;〔5,8,11〕=440。

  为了使88被5除余1,用88×2=176;

  使55被8除余1,用55×7=385;

  使40被11除余1,用40×8=320。

  然后,176×4+385×3+320×2=2499,

  因为,2499>440,所以,2499-440×5=299,就是所求的数。

  【例4】有一个年级的同学,每9人一排多5人,每7人一排多1人,每5人一排多2人,问这个年级至少有多少人 ?

  【解析】题中9、7、5三个数两两互质。

  则〔7,5〕=35;〔9,5〕=45;〔9,7〕=63;〔9,7,5〕=315。

  为了使35被9除余1,用35×8=280;

  使45被7除余1,用45×5=225;

  使63被5除余1,用63×2=126。

  然后,280×5+225×1+126×2=1877,

  因为,1877>315,所以,1877-315×5=302,就是所求的数。

  对剩余定理问题进行直接套用的方式是解决此类题目最快的方法,硕文公务员考试研究中心希望考生记住解题步骤,进行相关问题的解决。

  硕文教育 田莹

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