初等数论c++
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初等数论初等数论是数学中的一个分支,研究的是整数的性质和特殊的数学关系。
它是数学发展的基础,对于数学中的许多其他分支,如代数、几何和数值分析都具有重要的影响。
初等数论可以追溯到古希腊时代,当时的数学家们对整数之间的关系进行了研究,并推导出了许多重要的结论。
在初等数论中,最基础的概念是整数和素数。
整数是自然数、负自然数和零的总称,它们可以用来表示数量。
素数是只能被1和自身整除的正整数,它们没有其他的因子。
素数在初等数论中具有重要的地位,因为他们是其他整数的构成单元。
在初等数论中,我们可以探讨整数的因子分解。
因子分解是将一个整数表示为素数的乘积的过程。
例如,将数字20分解成素数的乘积可以得到2×2×5=20。
因子分解在数论中起着重要的作用,它有助于我们理解整数之间的数学关系。
初等数论中的另一个重要概念是最大公约数和最小公倍数。
最大公约数是两个整数中能够同时被整除的最大的正整数。
最小公倍数是能够同时整除两个整数的最小的正整数。
最大公约数和最小公倍数可以帮助我们解决一些实际问题,比如找到最简分数、解线性方程等。
初等数论中还有一个重要的概念是同余。
同余是指两个整数除以一个正整数得到的余数相同。
例如,当两个整数被3除得到的余数相同时,我们可以说这两个整数互为3的同余数。
同余关系在数论中起着重要的作用,它可以帮助我们研究整数之间的性质和特殊的数学规律。
初等数论还涉及到数论函数的研究。
数论函数是定义在整数上的函数,它们可以帮助我们描述整数的性质和特征。
常见的数论函数包括欧拉函数、莫比乌斯函数等。
这些函数在数论中有广泛的应用,可以帮助我们研究素数分布、整数方程的解等问题。
除了以上几个基本概念,初等数论还包括一些其他的内容,如二次剩余、费马小定理、威尔逊定理等。
这些概念和定理都有着重要的理论意义和实际应用。
初等数论在数学中具有广泛的应用。
它不仅是其他数学分支的基础,还有着许多实际应用。
例如,在计算机科学中,初等数论可以帮助我们设计和分析算法、构建密码系统等。
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数论是一门研究整数性质的数学分支,它包括了初等数论和高等数论两个方面。
初等数论主要研究整数的基本性质,如整除性、质数、合数、最大公约数、最小公倍数等。
这些概念和性质在小学和初中的数学课程中就已经涉及到了,因此也被称为“小学数论”或“初中数论”。
初等数论的研究方法主要是通过观察、归纳和证明来得出结论,它的研究对象比较具体,结论也比较直观。
高等数论则是在初等数论的基础上,进一步深入研究整数的性质和结构。
它涉及到的概念和方法更加抽象和复杂,如素数分布、数的几何、代数数论、解析数论等。
高等数论的研究需要运用到高等数学的知识和方法,如微积分、线性代数、抽象代数等。
高等数论的研究成果不仅在数学领域有着广泛的应用,而且在计算机科学、物理学、密码学等领域也有着重要的应用。
总的来说,初等数论是高等数论的基础,高等数论则是初等数论的延伸和深化。
无论是初等数论还是高等数论,它们都是数学中非常重要的分支,对于我们深入理解整数的性质和结构、推动数学的发展都有着重要的意义。
初等数论初等数论是研究整数最基本性质的一个数学分支,它也是数学中最古老的分支之一,至今仍有许多没有解决的问题。
初等数论是数学中“理论与实践”相结合最完美的基础课程。
近代数学中许多重要思想、概念、方法与技巧都是对整数性质的深入研究而不断丰富和发展起来的。
近几十年来,初等数论在计算机科学、组合数学、代数编码、信号的数字处理等领域内得到广泛的应用。
在日常生活中,也常会遇到一些数论问题。
具体内容1.整数的可除性:了解整除的概念,掌握带余数除法及其运用;理解最大公因数的基本概念及其性质,掌握用辗转相除法求整数的最大公因数。
掌握整除的性质及其运用,会求整数的最小公倍数。
掌握两个整数的最小公倍数与最小公因数的关系。
了解质数基本概念与性质,理解算术基本定理及其证明,会运用算术基本定理解决问题。
了解函数[x],{x}的基本性质,运用这两个函数解决n!的标准分解式。
2.不定方程:掌握二元及多元一次不定方程有解的充要条件,熟练掌握一次不定方程的求解。
勾股数公式的推导及其运用,了解费尔马问题及无穷递降法。
3.同余:理解同余的概念及其基本性质,掌握检查因数的一些方法和弃九法。
了解剩余类及完全剩余系的性质,并会加以运用。
了解简化剩余系及其性质,会推导欧拉函数,知道它的简单运用。
应用简化剩余系的性质证明Euler定理和Fermat定理,运用欧拉定理研究循环小数;欧拉定理与费马定理的综合运用。
了解同余在信息安全与密码中的运用。
4.同余式:了解同余式的基本概念,掌握一次同余式的求解;理解孙子定理,会解模互素的一次同余式组的求解。
了解一般一次同余式组的解法,掌握高次同余式的解数及解法。
理解质数模的同余式解数的有关定理,并予初步运用。
5.连分数:掌握连分数的基本性质、把实数表成连分数和循环连分数,了解连分数在天文中的运用。
初等数论是数论的一个分支。
它以算术方法为主要的研究方法,而区别于数论的其他分支。
公元前6世纪,古希腊数学家毕达哥拉斯就已研究过整数的可除性问题,例如,当时已经知道正整数中有奇数、偶数、素数、复合数等各种类型的数。
序言数论是研究整数性质的一门很古老的数学分支,其初等部分是以整数的整除性为中心的,包括整除性、不定方程、同余式、连分数、素数(即整数)分布以及数论函数等内容,统称初等数论(Elementary Number Theory)。
初等数论的大部份内容早在古希腊欧几里德的《几何原本》中就已出现。
欧几里得证明了素数有无穷多个,他还给出求两个自然数的最大公约数的方法,即所谓欧几里得算法。
我国古代在数论方面亦有杰出之贡献,现在一般数论书中的“中国剩余定理”正是我国古代《孙子算经》中的下卷第26题,我国称之为“孙子定理”。
近代初等数论的发展得益于费马、欧拉、拉格朗日、勒让德和高斯等人的工作。
1801年,高斯的《算术探究》是数论的划时代杰作。
“数学是科学之王,数论是数学之王”。
-----高斯由于自20世纪以来引进了抽象数学和高等分析的巧妙工具,数论得到进一步的发展,从而开阔了新的研究领域,出现了代数数论、解析数论、几何数论等新分支。
而且近年来初等数论在计算器科学、组合数学、密码学、代数编码、计算方法等领域内更得到了广泛的应用,无疑同时间促进着数论的发展。
数论是以严格和简洁著称,内容既丰富又深刻。
我将会介绍数论中最基本的概念和理论,希望大家能对这门学问产生兴趣,并且对中小学时代学习过的一些基本概念,例如整除性、最大公因子、最小公倍数、辗转相除法等,有较深入的了解。
第一章整数的整除性§1.1整除的概念一、基本概念1、自然数、整数2、正整数、负整数3、奇数、偶数一个性质:整数+整数=整数整数-整数=整数整数*整数=整数二、整除1、定义:设a,b是整数,b≠0。
如果存在一个整数q使得等式:a=bq成立,则称b能整除a或a能被b整除,记作b∣a;如果这样的q不存在,则称b不能整除a。
2、整除的性质(1)如果b∣a,c∣b,则c∣a.(2)如果b∣a,则cb∣ca.(3)如果c∣a,则对任何整数d,c∣da.(4)如果c∣a,c∣b,则对任意整数m,n,有c∣ma+nb.(5)如果a∣b,b∣a,则a=±b.3、质数、合数质数(素数)是指在大于1的自然数中,除了1和它本身外,不能被其他自然数整除(除0以外)的数称之为素数(质数)。
初等数论的性质与定理总结初等数论是数论中的一个基础分支,研究整数的性质和整数运算规律。
本文将总结初等数论中的一些重要性质与定理。
一、整数的整除性质1. 整数的除法基本性质:对于任意整数a、b和非零整数c,存在唯一的整数q使得a = bq + c。
2. 整除关系的传递性:如果a能整除b,且b能整除c,则a能整除c。
3. 整除关系的辗转相除法:对于任意整数a和非零整数b,存在唯一的整数q和r使得a = bq + r(其中0 ≤ r < |b|)。
二、质数与合数1. 质数的定义:质数是指大于1且只能被1和自身整除的整数。
例如,2、3、5、7等都是质数。
2. 质因数分解定理:每个大于1的整数都可以唯一地表示为若干个质数的乘积。
3. 最大公约数与最小公倍数的性质:对于任意整数a和b,记a和b 的最大公约数为gcd(a, b),最小公倍数为lcm(a, b),则有以下性质: - gcd(a, b) = gcd(b, a)- gcd(a, 0) = |a|- lcm(a, b) = |ab| / gcd(a, b)三、模运算与同余1. 模运算的基本性质:对于任意整数a、b和正整数n,有以下性质:- (a + b) mod n = (a mod n + b mod n) mod n- (a - b) mod n = (a mod n - b mod n) mod n- (a * b) mod n = (a mod n * b mod n) mod n2. 同余关系的性质:对于任意整数a、b和正整数n,如果a与b模n同余(记作a ≡ b (mod n)),则有以下性质:- a + c ≡ b + c (mod n)- ac ≡ bc (mod n)- 如果a ≡ b (mod n),则a^k ≡ b^k (mod n)对于任意正整数k四、费马小定理与欧拉定理1. 费马小定理:如果p是质数,a是任意正整数且p不整除a,则有a^(p-1) ≡ 1 (mod p)。
(0346)《初等数论》网上作业题及答案1:第一次作业2:第二次作业3:第三次作业4:第四次作业5:第五次作业1:[论述题]数论第一次作业参考答案:数论第一次作业答案2:[单选题]如果a|b,b|c,则()。
A:a=cB:a=-cC:a|cD:c|a参考答案:C马克思主义哲学是我们时代的思想智慧。
作为时代的思想智慧,马克思主义哲学主要具有反思功能、概括功能、批判功能和预测功能。
(1)“反思”是哲学思维的基本特征,是以思想的本身为内容,力求思想自觉其为思想。
通过不断的反思,揭示自己时代的本质和规律,达到对事物本质和规律性的认识。
(2)概括是马克思主义哲学的重要功能,是马克思主义哲学把握人与世界总体性关系的基本思维方式。
(3)马克思主义哲学的批判功能主要是指对现存世界的积极否定。
(4)马克思主义哲学的预测功能在于预见现存世界的发展趋势。
3:[单选题]360与200的最大公约数是()。
A:10B:20C:30D:40参考答案:D数论第一次作业答案4:[单选题]如果a|b,b|a ,则()。
A:a=bB:a=-bC:a=b或a=-bD:a,b的关系无法确定参考答案:C数论第一次作业答案5:[单选题]-4除-39的余数是()。
A:3B:2C:1D:0参考答案:C数论第一次作业答案6:[单选题]设n,m为整数,如果3整除n,3整除m,则9()mn。
A:整除B:不整除C:等于D:小于参考答案:A数论第一次作业答案7:[单选题]整数6的正约数的个数是()。
A:1B:2C:3D:4参考答案:D数论第一次作业答案8:[单选题]如果5|n ,7|n,则35()n 。
A:不整除B:等于C:不一定D:整除参考答案:D数论第一次作业答案1:[论述题]数论第二次作业参考答案:数论第二次作业答案2:[单选题]288与158的最大公约数是()。
A:2B:4C:6D:8参考答案:A数论第二次作业答案3:[单选题]-337被4除余数是()。
初等数论知识点总结初等数论是数论中的一个分支,它主要研究自然数的整除性质以及其它基本性质。
初等数论主要包括素数与合数、整数表示、整数方程、模运算、同余方程、数乘次幂循环节等内容。
下面将对初等数论的关键知识点进行总结。
1.素数与合数:素数(质数)是只能被1和自身整除的自然数,合数是除了1和自身以外还能被其它数整除的自然数。
质数有无穷多个,这个结论由欧几里得证明。
常见的质数有2、3、5、7等。
2.素因子分解:任何一个自然数都可以唯一分解成若干个素数的乘积形式,这个分解过程称为素因子分解。
例如,24可以分解为2^3*3,其中2和3是24的素因子。
3.最大公约数与最小公倍数:最大公约数(GCD)是指两个或多个数中最大的能够整除所有这些数的自然数,最小公倍数(LCM)是指两个或多个数中最小的能够被这些数整除的自然数。
GCD可以通过欧几里得算法进行计算,而LCM可以通过两个数的乘积除以它们的GCD得到。
4.模运算与同余方程:模运算是将一个数除以另一个数所得到的余数,同余方程是指具有相同余数的整数关系。
例如,如果a除以n与b除以n得到相同的余数,即a≡b (mod n),则称a与b在模n下是同余的。
5.素数定理与欧拉定理:素数定理是指当自然数x趋于无穷大时,小于等于x的素数的数量约等于x / ln(x),其中ln(x)是自然对数。
欧拉定理是指当正整数a与自然数n互质时,a^(φ(n)) ≡ 1 (mod n),其中φ(n)是小于n且与n互质的自然数的个数。
6.立方与四方数:立方数是指一个数的立方,四方数是指一个数可以表示为四个整数的平方和。
高斯数学说是指四方数的性质,它由高斯证明,表示为四个整数的平方和的非负整数解的个数等于该数的除以8的余数。
7.费马小定理与小费马定理:费马小定理是费马定理的一个特殊情况,它表明如果p是一个素数,a是一个与p互质的整数,那么a^(p-1) ≡ 1 (mod p)。
小费马定理是费马小定理的推广,它表明如果a是一个整数,m是一个大于1的自然数,且a与m互质,那么a^φ(m) ≡ 1 (mod m),其中φ(m)是小于m且与m 互质的自然数的个数。
初等数论1:[单选题]已知361a是一个4位数(其中a是个位数),它能被5整除,也能被3整除,则a的值是()。
A:0B:2C:5D:9参考答案:C2:[单选题]下面的()是模4的一个简化剩余系。
A:4,17B:1,15C:3,23D:13,6参考答案:B3:[单选题]小于20的正素数的个数是()。
A:11B:10C:9D:8参考答案:D 4:[单选题]下面的数是3的倍数的数是()。
A:19B:119C:1119D:11119参考答案:C5:[单选题]-4除-39的余数是()。
A:3B:2C:1D:0参考答案:C6:[单选题]一个正整数n的各位上的数字是0或1,并且n能被2和3整除,则最小的n 是()。
A:1110B:1101C:1011D:1001参考答案:A7:[单选题][[4.5]+[3.7]]等于()。
A:3B:4C:7D:8参考答案:C8:[单选题]{{1.8}+{2.9}}等于()。
A:0.4B:0.5C:0.6D:0.7参考答案:D 9:[单选题]100与44的最小公倍数是()。
A:4400B:2200C:1100D:440参考答案:C10:[单选题]使3的n次方对模7同余于1的最小的正整数n等于()。
A:6B:2C:3D:13参考答案:A11:[单选题]设a,b,c,d是模5的一个简化剩余系,则a+b+c+d对模5同余于()。
A:0B:1C:2D:3参考答案:A12:[单选题]下面的()是不定方程3x + 7y = 20的一个整数解。
A:x=0,y=3B:x=2,y=1C:x=4,y=2D:x=2,y=2参考答案:D13:[单选题]下面的()是模4的一个完全剩余系。
A:9,17,-5,-1B:25,27,13,-1C:0,1,6,7D:1,-1,2,-2参考答案:C14:[单选题]下面的()是模12的一个简化剩余系。
A:0,1,5,11B:25,27,13,-1C:1,5,7,11D:1,-1,2,-2参考答案:C15:[单选题]若a,b均为偶数,则a + b为()。
备注:纯手写代码,注释。
数论1、素数(1)暴力求解法根据素数的概念,没有1和其本身没有其他正因数的数。
所以只需枚举比这个数小的数,看能整除即可;C++代码:#include<iostream>#include<cstdio>#include<cmath>using namespace std;bool determine(int number){if(n<=2)return false;if(!n%2)return false;for(int i=3;i<=ceil(sqrt(number));i+=2)//去掉了偶数的判断,效率提高一倍/*如果number整除以i,那么会得到两个的因数,而较小的那个因数不会超过number的二分之一次方;所以只需判断到number的平方根向上取整即可;*/if(number%i);else return false;return true;}int main(){int sum;cin>>sum;if(determine(sum))cout<<"YES!";else cout<<"NO!";return 0;}时间复杂度:o(sqrt(n)/2);空间复杂度:几乎没有;(2)一般线性筛法:因为任何一个合数都能分解成几个素数相乘的形式;所以可以做一个表,首先把2设为质数,然后将2的倍数设为合数,剩下的数就是新得到的质数,然后重复这个过程,直到筛到合适的范围即可;但是这个算法有缺陷:1、同一个数可能被筛多次,这就产生了多余的步骤。
2、占用空间很大,如果使用bool数组的话,只能筛到1e9;3、从1-n筛,不能从m-n开始筛;C++代码:#include<cstring>#include<cmath>#include<iostream>using namespace std;bool s[1000000000];int m,n;int main(){cin>>m>>n;memset(s,true,n);s[0]=s[1]=0;//输出M—N之间所有素数;for(int i=2;i<=ceil(sqrt(n));++i)if(s[i]){for(int j=i;j<=n;++j)if(s[i*j])s[i*j]=false;}for(int i=m;i<=n;++i)if(s[i])cout<<i<<' ';return 0;}时间复杂度:o(n*loglogn);空间复杂度:很大!注意数据大的话可能会爆空间;(3)线性筛法求素数这个占空间就更大了,需要使用一个bool数组和int数组而亲身试验得到int数组最多开到1e8……很无语,快确实是快了,但是测试数据一大,爆空间就更容易了;#include<iostream>#include<cstdio>#include<cmath>using namespace std;int m,n,sum;bool inp[1000000000];int s[100000000]={0,0};int main(){cin>>m>>n;for(int i=2;i<=n;++i){if(!inp[i])s[sum++]=i;for(int j=0;j<sum&&i*s[j]<=n;++j){inp[i*s[j]]=true;if(!(i*s[j]))break;}}for(int i=m;i<=n;++i)if(!inp[i])cout<<i<<' ';return 0;}2、唯一分解定理任何数都可以被唯一的分解成多个素数之积例如:456=2*2*2*3*19;C++代码:#include<cstring>#include<cmath>#include<iostream>#include<algorithm>#include<cstdlib>using namespace std;bool s[1000000];int m,n,sum=0,num;int Prime[1212121];int zhi[1500];void Primes(){for(int i=1;i<=num;++i)s[i]=true;s[0]=s[1]=0;for(int i=2;i<=num;++i)if(s[i]){Prime[++sum]=i;for(int j=i;j<=num;++j)if(s[i*j])s[i*j]=false;}}int main(){int flag=0;cin>>num;int number=num;Primes();if(s[num]){cout<<num<<'='<<num;return 0;}cout<<num<<"=";str.chu();while(num>1)for(int i=1;num>1&&i<=sum;++i) if(!(num%Prime[i])){zhi[++flag]=Prime[i];num/=Prime[i];}sort(zhi+1,zhi+flag+1);cout<<zhi[1];for(int i=2;i<=flag;++i)cout<<"*"<<zhi[i];return 0;}首先做一个质数表,并把质数存到数组里,然后用数模每个素数,如果为0则记录素数,最后排个序输出;4、欧拉函数欧拉函数φ(n)为不大于n的与n互素的数的个数;A与B互素,表示a与b的最大公约数为1,即(a,b)=1;欧拉函数的符号φ读作fhi,在搜狗的特殊符号里可以找到;,其中pi为x的质因数,其中φ(1)=1(唯一与1互质的数是1本身)设n为正整数,以φ(n)表示不超过n且与n互素的正整数的个数,称为n的欧拉函数值φ:N→N,n→φ(n)称为欧拉函数。
几个性质(来自百度百科)1、若n是质数p的k次幂,,因为除了p的倍数外,其他数都跟n互质。
2、欧拉函数是积性函数——若m,n互质,3、特殊性质:当n为奇数时, , 证明与上述类似。
4、若n为质数则5、设p是素数,a是一个正整数,那么C++实现:#include<cstring>#include<cmath>#include<iostream>#include<algorithm>#include<cstdlib>using namespace std;bool s[1000000];int m,n,sum=0,num;int Prime[1212121];int zhi[1500];bool asd[1500];int phi(int n){int i,rea=n;for(i=2;i*i<=n;i++){if(n%i==0){rea=rea-rea/i;while(n%i==0) n/=i;}}if(n>1)rea=rea-rea/n;return rea;}void Primes(){for(int i=1;i<=num;++i)s[i]=true;s[0]=s[1]=0;for(int i=2;i<=num;++i)if(s[i]){Prime[++sum]=i;for(int j=i;j<=num;++j)if(s[i*j])s[i*j]=false;}}int main(){int flag=0;cin>>num;int number=num;Primes();if(num==1||!num){cout<<"fhi"<<'('<<number<<")=";cout<<num;return 0;}if(s[num]){cout<<"fhi"<<'('<<number<<")="<<number-1;return 0;}while(num>1)for(int i=1;num>1&&i<=sum;++i)if(!(num%Prime[i])){zhi[++flag]=Prime[i];num/=Prime[i];}int fenzi=1,fenmu=1;sort(zhi+1,zhi+flag+1);for(int i=1;i<=flag;++i)if(!asd[zhi[i]]){asd[zhi[i]]=true;fenzi*=zhi[i]-1;fenmu*=zhi[i];}cout<<"fhi("<<number<<")="<<number/fenmu*fenzi;//cout<<"fhi("<<number<<")="<<fhi(number);/*这是另一种求欧拉函数值的方法*/return 0;}5、欧几里得算法辗转相除法,根据公式(a,b)=(b,r)其中r为a%b,即a/b;C++代码:(1)递归#include<iostream>#include<cstdio>using namespace std;int GCD(int a,int b){if(a%b)return GCD(b,a%b);else return b;}int main(){int a,b;cin>>a>>b;cout<<GCD(a,b);return 0;}(2)递推#include<iostream>using namespace std;int main(){int a,b,r;cin>>a>>b;r=m%n;while(r!=0){a=b;b=r;r=m%n;}cout<<n;return 0;}6、扩展欧几里得扩展欧几里得又称斐蜀定理,对于不完全为0 的非负整数a,b,gcd(a,b)表示a,b 的最大公约数,必然存在整数对x,y ,使得gcd(a,b)=ax+by;求同余方程#include<cstdio>void exgcb(int a,int b,int &x,int &y){if(!b){x=1;y=0;return;int q=a/b;int r=a%b;exgcb(b,r,y,x);y-=q*x;}int main(){int x,y;int a,b;scanf("%d %d",&a,&b);exgcb(a,b,x,y);while(x<0)x+=b;printf("%d",x);return 0;}求乘法逆元#include<cstdio>void exgcb(int a,int b,int &x,int &y) {if(!b)x=1;y=0;return;}int q=a/b;int r=a%b;exgcb(b,r,y,x);y-=q*x;}int Multiplicative inverse(int a,int b) {int x,y;int gcb=GCD(a,b,x,y);if(1%gcb)return -1;x*=1%gcb;b=abs(b);int answer=x%b;while(answer<=0)answer+=b;return answer;}int main(){int x,y;int a,b;scanf("%d %d",&a,&b);exgcb(a,b,x,y);while(x<0)x+=b;printf("%d\n",x);cout<<Multiplicative inverse(a,b);return 0;}求线性方程ax+by=c这个方程等同于ax≡c(mod b)所以(此文档部分内容来源于网络,如有侵权请告知删除,文档可自行编辑修改内容,供参考,感谢您的配合和支持)。