Wie man ein System der modularen Äquivalenz mit Parametern löst

Sep 25 2020

Gegebenes System modularer Äquivalenzen. Finden Sie den kleinsten natürlichen Parameter$a$ Dieses System hat Lösungen

$$\begin{cases} x \equiv a \mod 140\\ x \equiv 3 \mod 91\\ x \equiv 2a \mod 39 \end{cases}$$

Natürlich wird die Lösung geschätzt, aber wenn Sie dies nicht lösen möchten, geben Sie mir bitte einen Hinweis, ich weiß nicht einmal, wie ich dieses Problem angehen soll

Antworten

2 BillDubuque Sep 26 2020 at 03:40

Es ist keine Primfaktorisierung der Module erforderlich - nur schnelle gcds. Nach dem CRT-Lösbarkeitskriterium ist ein System lösbar, wenn es paarweise lösbar ist, wenn jedes Paar hinsichtlich seines Moduls gcd konsistent ist. Lassen Sie uns alle Paarkonsistenzen überprüfen. Für das erste Paar$\,1,2\,$ das Modul gcd ist $\,(140,91) = 7\,$ damit

$\qquad\qquad\begin{align} x&\equiv a\!\!\!\pmod{\!140}\\ x&\equiv 3\!\!\!\pmod{\!91}\end{align}\,$ $\Rightarrow\, \begin{align} x&\equiv a\!\!\!\pmod{\!7}\\ x&\equiv 3\!\!\!\pmod{\!7}\end{align}\,$ $\Rightarrow\, \color{#c00}{a\equiv 3}\pmod{\!\color{#c00}{7}}$

Für ein Paar $\,1,3\,$ die Module gcd $= (140,39)\!=\!1\,$so ist es immer lösbar. Für ein Paar$\,2,3,\,$ genau wie oben bekommen wir $\bmod \color{#0a0}{13}\!=\!(91,39)\!:\,\ 2a\equiv 3\!\!\underset{\times 7\!\!}\iff \color{#0a0}a\equiv 21\equiv \color{#0a0}8.\,$ Somit ist das System lösbar, wenn

$$\begin{align} \color{#c00}{a\equiv 3}&\!\!\pmod{\!\color{#c00}7}\\ \color{#0a0}{a\equiv 8}&\!\!\pmod{\color{#0a0}{\!13}}\end{align}\qquad\qquad$$

Mit Easy CRT ist die Lösung$\ a\equiv \color{#0a0}8+13\underbrace{\left[\dfrac{\color{#c00}3-\color{#0a0}8}{13}\bmod 7\right]}_{\!\!\!\large \color{#90f}{-5/(-1)}\ \bmod 7}\equiv 8+13[\color{#90f}5]\equiv 73\pmod{\!7\cdot 13}$

Anmerkung $ $Da diese Methode nur gcds (im Vergleich zu Primfaktoren) verwendet, kann sie effizient (maschinell oder von Hand) für große Module durchgeführt werden - was mit Primfaktoren nicht möglich wäre, da derzeit kein effizienter Algorithmus zur Berechnung von Primfaktoren bekannt ist es gibt einen für gcds - den euklidischen Algorithmus.

1 labbhattacharjee Sep 25 2020 at 21:55

$$x\equiv a\pmod{4,7,5}$$

$$x\equiv3\pmod{7,13}$$

$$x\equiv2a\pmod{3,13}$$

Damit, $a\equiv3\pmod7\ \ (1)$

$$2a\equiv3\pmod{13}\equiv13+3$$

$\iff a\equiv8\pmod{13} \ \ (2)$

Wenden Sie den chinesischen Restsatz auf an $(1),(2)$

1 MrJavy Sep 25 2020 at 21:52

Schauen Sie sich den chinesischen Restsatz an

Für Ihren Fall können x = 3 mod 91 = 3Sie also sehen:

3 = a mod 140
3 = 2a mod 39

Von wo Sie bekommen:

a = 3 + 140 * k1
a = (3 + 39 * k2 ) / 2

Jetzt sieht das Problem einfacher aus, da Sie nur das kleinere Paar (k1, k2) finden müssen, für das:

3 + 140 * k1 = (3 + 39 * k2 ) / 2

Durch Lösen können Sie erhalten:

k1 = 33
k2 = 237
a = 4623

PD: Entschuldigung für die Formatierung, ich lerne immer noch, wie ich es mache

1 Äres Sep 25 2020 at 22:28

Wenn das System konsistent ist, hat es Lösungen.

Schon seit $140=4\cdot 5\cdot 7$ dann ist das erste System äquivalent zu $$x \equiv a \pmod {4, 5, 7}$$

und ähnlich für die anderen Kongruenzen, die wir haben $x \equiv 3 \pmod{7, 13}$ und $x\equiv 2a \pmod{3,13}$.

Von Anfang an haben wir $x\equiv a \pmod{7}$ und von der zweiten $x\equiv 3 \pmod{7}$. Damit das System konsistent ist, müssen wir es haben$a\equiv 3 \pmod{7}$.

Ähnlich sehen wir das aus der zweiten und dritten Kongruenz $a$ muss auch befriedigen $2a\equiv 3\pmod {13}.$ Dann seit $2^{-1} \equiv 7 \pmod{7}$multiplizieren wir die Kongruenz mit $7$ und erhalten Sie das $$14a\equiv a \equiv21\equiv8 \pmod{13}$$

Damit das System konsistent ist, muss es also erfüllen $$a\equiv 3 \pmod{7}\space(1)$$ $$a \equiv8 \pmod{13}\space(2)$$

Schon seit $7$ und $13$ Sind Co-Prime, gibt es Lösungen Modulo $7\times13=91$von der CRT .

Von $(2)$ Wir wissen das $a=8+13k_1$ zum $k_1\in\mathbb Z$ und Ersetzen in die ersten gibt $$8+13k_1\equiv 3 \pmod{7}$$ $$13k_1\equiv 2 \pmod{7}$$

Damit $$13\times 6 k_1\equiv k_1\equiv 12\equiv 5 \pmod{7}$$

So $k_1=5+7k_2$ zum $k_2\in\mathbb Z$ und daher haben wir $a=8+13k_1=8+13(5+7k_2)=73+91k_{2}.$

Daher $a\equiv 73 \pmod {91}$ und der kleinste natürliche Parameter von $a$ ist $73$.