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第1章 整数的可除性 -《信息安全数学基础》

一、整除的概念,欧几里得除法; 二、整数的表示; 三、最大公因数与广义欧几里得除法; 四、整除的进一步性质及最小公倍数; 五、整数分解; 六、素数的算数基本定理; 七、素数定理。

一、整除的概念,欧几里得除法

设a,b是任意两个整数,其中b ≠ 0.如果存在一个整数q使得等式 a = q · b 成立,就称 b 整除 a 或者 a 被 b 整除,记作 b | a,并把b叫做a的因数,把a叫做b的倍数。人们常把q写成 a / b。否则,就称b不能整除a,或者a不能被b整除。

此外,再不会混淆的情况下,乘法a·b简记为ab。

注:

(1)当b遍历整数a的所有因数时,-b也遍历整数a的所有因数。

(2)当b遍历整数a的所有因数时,a/b也遍历整数a的所有因数。

根据定义有:

0是任何非零整数的倍数。

1是任何整数的倍数。

任何非零整数a是其本身的倍数,也是其自身的因数。

设a,b ≠ 0,c ≠ 0是三个整数。若 b | a,c | b,则c | a。

设a,b,c ≠ 0是三个整数。若c | a,c | b,则c | a ± b。

设a,b,c ≠ 0是三个整数。若c | a,c | b,则对任意整数s,t,有c |(s·a+t·b)。

设整数c ≠ 0。若整数a1,···,an都是整数c的倍数,则对任意n个整数s1,···,sn,整数s1a1 + ··· + snan是c的倍数。

设a,b都是非零整数。若a | b,b | a,则a = ±b。

设整数n ≠ 0,±1.如果除了显然因数±1和±n外,n没有其他因数,那么n就叫做素数(或质数或不可约数),否则,n叫做合数。

设n是一个正合数,p是n的一个大于1的最小正因数,则p一定是素数,且p≤n1/2。

设n是正整数。若果对所有的素数p ≤ n1/2,都有p不被n整除,则n一定是素数。

应用该定理,可得到一个寻找素数的确定性方法,通常叫做平凡除法或厄拉托塞师筛法。

设a,b是两个整数,其中b>0,则存在唯一的整数q,r使得a = q·b + r ,0 ≤ r ≤ b 。

a = q·b + r ,0 ≤ r ≤ b中,q叫做a被b除所得的不完全商,r叫做a被b除所得的余数。

设x是实数,称x的整数部分为小于或等于x的最大整数,记成[x]。

这时,有[x] ≤ x< [x]+1。

素数的平凡判别:对于给定正整数N,设不大于N1/2的所有素数为p1,p2,,···,ps。

如果N被所有pi除的余数都不为零,则N是素数。

设a,b是两个整数,其中b>0.则对任意的整数c,存在唯一的整数q,r使得

a = q·b+r,c ≤ r<b+c

二、整数的表示

设b是大于1的正整数,则每个正整数n可唯一地表示成

n = ak-1bk-1 + ak-2bk-2 + ··· + a1b + a0,

其中ai是整数,0 ≤ ai ≤ b-1,i = 1,···,k-1,且首项系数ak-1 ≠ 0.

大O符号:

设f(n)和g(n)都是正整数n的正值函数,如果存在一个正常数C,使得对任意的正整数n都有f(n) ≤ Cg(n),

就称g(n)是f(n)的界,记作f(n) = O(g(n)),简记为f = O(g)。

小o符号:

设f(n)和g(n)都是正整数n的正值函数,如果对任意小的正数€,存在一个正整数N0,使得对任意的正整数n > N0都有f(n) < €g(n),

就称g(n)是比f(n)高阶的无穷量,记作f(n) = o(g(n)),简记为f = o(g)。

三、最大公因数与广义欧几里得除法

设a1,···,an是n(n≥2)个整数。若整数d是它们中每一个数的因数,则d就叫做a1,···,an的一个公因数。

d是a1,···,an的一个公因数的数学表达式为:d | a1,···,d | an。

如果整数a1,···,an不全为零,那么a1,···,an的所有公因数中最大的一个公因数叫做最大公因数,记作(a1,···,an)。

特别地,当(a1,···,an) = 1 时,称a1,···,an互质或互素。

注①:d > 0是a1,···,an的最大公因数的数学表达式可表述为

d | a1,···,d | an

若 e | a1,···,e | an,则e | d。

注②:a,b的最大公因数 d = (a,b)是集合

  { s · a + t · b | s, t ∈ Z}

注③:a1,···,an的最大公因数 d 是集合

  { s1 · a1 + ··· + sn · an | s1,···,sn ∈ Z}

设a1,···,an是n个不全为零的整数,则

a1,···,an 与 |a1|,···,|an|的公因数相同

(a1,···,an)=(|a1|,···,|an|)。

设b是任一正整数,则(0,b)= b。

设a,b,c是三个不全为零的证书。如果a = q · b + c,其中q是整数,则(a,b)= (b,c)

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第1章 整数的可除性 -《信息安全数学基础》

设a,b是任意两个不全为零的整数,d是正整数,则d是整数a,b的最大公因数的充要条件是:

d | a,b | b;

若 e | a,e | b, 则e | d。

假设1,2成立,那么

说明d是整数a,b的公因数;

说明d是整数a,b的公因数中的最大数,因为e | d 时,有 | e | ≤ d。

因此,d是整数a,b的最大公因数。

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四、整除的进一步性质及最小公倍数

设a,b,c是三个整数,且c ≠ 0,如果c | ab,(a,c)= 1,则c | b。

设p是素数。若p | ab,则p | a 或 p | b。

设a1,···,an是n个整数,p是素数。若p | a1,···,an,则p一定整除某一ak,1 ≤ k ≤ n。

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五、整数分解

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六、素数的算数基本定理

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七、素数定理

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