Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
вася.docx
Скачиваний:
97
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
183.01 Кб
Скачать

Определение 1. Множество натуральных чисел N определяется с использованием аксиом Пеана

  1. - последующее для

  2. Если некоторое подмножество является таким, что

Сложение:

должны выполняться законы:

  1. a+1=

  2. (a+b)+c=a+(b+c) – ассоциативность

  3. a+b=b+a – коммутативность

  4. Если a+b=a+c, то b=c

Умножение:

можно единственным образом сопоставить им произведение

a*b=(….(a+a)+…+a) - b раз

  1. a*1=a

  2. a*=ab+a

  3. (ab)c=a(bc)

  4. ab=ba

  5. (a+b)c=ac+bc

  6. Если ab=ac, то b=с

выполняется 1 из 3 транзитивных отношений: a>b, a<b, a=b

Определение 2. Множество Z целых чисел определяется как объединение множеств N, отрицательных N и нуля

Определение 3. Пусть над некоторым множеством R произвольной природы определены операции сложения и умножения. Множество R называется кольцом, если выполняются следующие условия:

  1. a+b=b+a

Определение 4. Если в кольце R умножение коммутативно (ab=ba), то кольцо R называется коммутативным

Определение 5. Если в кольце R умножение ассоциативно( (ab)c=a(bc)), то кольцо R называется ассоциативным

Определение 6. Если в кольце R существует единичный элемент e, такой что ae=ea=a, то R называется кольцом с единицей

Определение 7. Если в ассоциативном, коммутативном кольце R с единицей

то кольцо называется полем

Говорят, что целое число a делится нацело на целое число b>0, если существует целое число c, такое что a=bc. Число а называют кратным числа b, число b — делителем числа а, число с — частным от деления а на b.

Свойства деления:

  1. Нуль делится на любое целое число

  2. Если a1 делится на b, a2 делится на b, то а1 ± а1 делится на b

  3. Если a1 ± a2 делится на b и а1 делится на и, то a2 делится на b

  4. Любое целое число делится на 1

  5. Если a делится на b и b делится на c, то a делится на c

  6. Если 1 делится на a, то a=±1

Определение 1.5. Пусть числа а и b целые и b0. Разделить а на b с остатком — значит представить а в виде a=qb + r, где q,rZ и 0<r<|b|. Число q называется неполным частным, число r — остатком от деления а на b.

Теорема 1.1 (о делении с остатком). Для любых a,bZ, b≠0, существует единственная пара таких чисел q,r Z, что a = qb + r; 0<r<|b|.

Доказательство. Сначала докажем теорему для случая а ≥0, b > О,

N = {nN }.

Множество N «непусто» поскольку 0 Кроме того, для любого п Nвыполняется неравенство п≤ nb, а значит, п а. Таким образом, вес элементы множества N ограничены сверху числом а, и в множестве N существует наибольший элемент q. Но тогда qb а < (q + 1)b. Обозна­чим r = a-qb,тогда получаем требуемое неравенство для r:

0≤r = a-qb<(q + 1)b-qb = b.

Теперь найдем требуемую пару чисел q и r для а < 0, b >0. Со­гласно предыдущему случаю, для -а > 0 и b существуют целые числа такие, что -а = b + . При = 0 полагаемq = -,r = 0. При > 0 полагаем

q= -(q' + l), r=b-

При b < 0 нужно разделить с остатком а на |b| согласно одному из рассмотренных случаев: а = q'|b| + r, а затем положить q = -

Единственность докажем от противного. Пусть существуют две такие пары целых чисел q1,r1,q2,r2 что

a=q1b + r1 =q2b + r2,

где 0≤r1 ,r2 < |b|. Тогда

(q1-q2)b=-(r1-r2)

откуда следует

|q1-q2||b|=|r1-r2|<|b| , 0≤|q1-q2|<1

а так как числа q1 и q2 целые, то |q1-q2|=0 , q1=q2, r2=r1.

1.2. Наибольший общий делитель н наименьшее общее кратное

Определение 1.6. Целое число d0 называется наибольший общим делителем целых чисел а1, а2, ...,ак (обозначается d = НОД(а1, а2, .... ak)), если выполняются следующие условия:

  1. каждое из чисел а1, a2,.... ak делится на d;

  2. если d10 — другой общий делитель чисел а1, а2,...ak, то d делится на d1

Ненулевые целые числа а и b называются ассоциированными (обо­значается а ~ b), если а делится на b и b делится на а.

Теорема 1.2 (об ассоциированных числах). Числа а и b ассоциированы тогда и только тогда, когда а = ±b.

Доказательство. Пусть а делится на b, тогда существует такое це­лое число с, что а=bс. Поскольку |c| ≥ 1, получаем |a|= |b|*|c|≥|b|*1=|b|, то есть |a|≥|b|

В то же время b делится на а. Проводя аналогичные выкладки, по­лучаем |b|≥ |а|. Таким образом, |a| = |b|, то есть а = ±b.

Теорема 1.3 (о единственности наибольшего обще­го делителя). Пусть числа a1, а2, .... ak целые и d1—их наибольший общий делитель. Целое число d2 является наибольшим общим делителем чисел а1, а2,.... аk тогда и только тогда, когда d2 ~d1.

Доказательство. Число d1 — наибольший общий делитель чисел a1, a2ak, а d2 — общий делитель этих чисел. Значит, по определению наибольшего общего делителя, d1 делится на d2. Точно так же, если рас­сматривать d2 как наибольший общий делитель чисел a1, a2,…ak, a d1— как общий делитель этих чисел, то d2 делится на d1. Таким образом, d1 ~ d2. Необходимость доказана.

Теперь докажем достаточность. Пусть d2 ~ d1. Тогда, по определению наибольшего общего делителя, каждое из чисел а1, а2,... ak делится на d1. Кроме того, числа d1 и d2 ассоциированы, поэтому d1 делится на d2. Значит, каждое из чисел а1, a2, .... ak делится на d2. Таким образом, d2 общий делитель чисел а1, а2, ...,ak. Покажем теперь, что он наибольший.

Пусть δ — некоторый общий делитель чисел а1, а2,...ak. По условию d1 = НОД(a1, а2 ak) , тогда d1 делится на δ. А раз d2 ~ d1, то d2 делится на d1, значит d2 делится на δ и d2 = НОД(a1, а2, ak).

Учитывая теоремы 1.2, 1.3, далее для определенности наиболь­ший общий делитель целых чисел будем считать положительным чис­лом.

Теорема 1.4 (о существовании и линейном пред­ставлении наибольшего общего делителя). Для любых це­лых чисел а1, а2, .... ak существует наибольший общий делитель d, и его можно представить в виде линейной комбинации этих чисел: d= c1a1 + c2a2 + ... + ckak, где сi Z.

Доказательство [I]. Пусть A = { c1a1 + c2a2 + ... + ckak | сi Z} — множество всевозможных целочисленных линейных комбинаций чисел а1, а2,.... аk. Будем считать, что не вес числа а1, а2, аk нулевые, тогда в множестве А существует наименьший положительный элемент. Обо­значим его d. Покажем, что множество А совпадает с множеством всех целых чисел, кратных d. Поскольку число d может быть представлено в виде линейной комбинации чисел а1, а2, ....ak то и любое число вида xid где xZ, может быть представлено в виде линейной комбинации этих чисел.

Обратно, любая линейная комбинация чисел а1, а2аk делится на d. Действительно, применим к числу d и произвольному элементу у А теорему о делении с остатком: существуют такие целые числа q и r, что y=qd+ r, причем 0r<d. Число r=yqd является элементом множества А. поскольку у Аи d А. Но d — наименьший неотрица­тельный элемент множества А, значит, r = 0 и y=qd. Таким образом, A={xd|xi}.

Осталось доказать, что d — это наибольший общий делитель чисел a1, а2ak. Каждое из этих чисел имеет вид xid, где хZ (достаточно рассмотреть линейную комбинацию вида 0*a1 + 0*a2 + … + 0 * ai-1 + 1*аi, + 0 *ai+1 +… + 0 * аk). Таким образом, d — общий делитель чисел а1, а2,.... ak.

Пусть с — любой другой делитель этих чисел. Тогда по свойству 2 делимости с делит каждую линейную комбинацию вида с1а1 + c2a2 + ... + ckak, в том числе и ту, которая равна d. □

Определение 1.7. Целые числа а1, a2, .... ак называются вза­имно простыми в совокупности, если НОД(а1, а2,.... аk) = 1. Целые чис­ла а и b называются взаимно простыми, если НОД(а, b)=1.

Определение 1.8. Целые числа а1 а2, .... ak называются по­парно взаимно простыми, если НОД(ai, аj)= 1 для всех 1 ≤ ij k.

Взаимно простые числа обладают следующими свойствами.

  1. Для того чтобы целые числа а1, а2, .... ak были взаимно просты­ми в совокупности, необходимо и достаточно, чтобы существовали та­кие целые числа с1, с2,…сk, что c1a1 + c2a2 + ... + сkаk= 1

Доказательство. Необходимость следует из теоремы о существо­вании и линейном представлении наибольшего общего делителя. Дока­жем достаточность. Пусть целые числа с1,c2сk таковы, что c1a1 + c2a2 + ... + сkаk=1 и пусть d= НОД(a1 ,a2,…, ak). Тогда, по опре­делению наибольшего общего делителя, каждое из чисел а1, а2, ..., ак делится на d. Значит, по свойству 2 делимости, и сумма c1a1 + c2a2 + ... + сkаk делится на d, то есть 1 делится на d, следовательно, по свойству 6 делимости, d = 1. Таким образом, 1 = НОД(a1, а2,..., аk) и числа ai взаимно просты в совокупности.

1’. Для того чтобы целые числа а, b были взаимно простыми, необ­ходимо и достаточно, чтобы существовали такие целые числа m, п, что та + nb = 1.

  1. Пусть произведение ab делится на с и НОД(а, с) = 1. Тогда b де­лится на с.

Доказательство. Числа а и с взаимно просты, тогда, по свойству 1’, существуют такие целые числа т, n, что та + пс =1. Домножим обе части последнего равенства на b:

mab + ncb = b.

Первое слагаемое в левой части равенства делится на с по усло­вию. Второе слагаемое, очевидно, делится на с. Значит, и b делится на с.

3. Если НОД(а, b) = 1, НОД(а, с) = 1, то НОД(a, bс) = 1.

Доказательство. Числа а и b взаимно просты, поэтому по свойст­ву 1' число 1 можно представить в виде 1 = та + пb, где числа т и n це­лые. Умножим обе части этого равенства на с, получим

с = mac + nbc.

Пусть d — наибольший общий делитель чисел а и bc. Тогда оба слагаемых в правой части равенства делятся на d, а значит и число с де­лится на d. Но 1 — наибольший общий делитель чисел а и с, то есть 1 делится на d и d= 1. □

  1. Если НОД(a,b1)=1, НОД(а,b2)=1, .... НОД(а,bk)=1, то

НОД(а,b1b2..bk)= 1.

  1. Пусть целые числа а1, а2, .... аl, b1, b2, .... bk таковы, что НОД(аi,bj)=1 для всех 1≤ il, 1≤ jk. Тогда НОД(a1a2..al,b1,b2...bk)=1.

  1. Пусть целое число а делится на b1 и на b2, НОД(b1 b2) = 1. Тогда a делится на произведение b1b2.

Доказательство. Число а делится на b1 поэтому существует такое целое число с, что a = cb1.

Так как а делится на b2. то произведение cb1 делится на b2 Но по­скольку НОД(b1 b2) = 1, значит, по свойству 2 взаимно простых чисел, с делится на b2, то есть существует такое целое число d. что с = db2. Отсю­да а = cb1 = db1b2, то есть а делится на b1b2, □

  1. Если а делится на каждое из попарно взаимно простых чисел b1, b2,...bk, то а делится на произведение b1b2...bk.

Определение 1.9. Целое число М называется наименьшим общим кратным целых чисел а1, а2,…,аk, аi0 для i=1, 2, .... k (обозначается М=НОК(a1, а2, .... ak)), если выполняются следующие усло­вия:

  1. М делится на каждое из чисел а12, ....ak;

  2. если Mt — другое общее кратное чисел a1, а2,.... ak, то Mt делится на М.

Наибольший общий делитель и наименьшее общее кратное двух положительных целых чисел связаны соотношением:

НОД(а, b) • НОК(а, b) = аb.