第3章 同余式 -《信息安全数学基础》

1、基本概念及一次同余式:

一、同余式的基本概念

定义1.1:

设m是一个正整数,f(x)为多项式f(x) = anxn + ··· + a1x + a0,其中ai是整数,则f(x) ≡ 0(mod m)(*)叫作模m同余式html

若an  0(mod m),则n叫作f(x) 的次数,记为degf。此时 * 式又叫作模m的n次同余式算法

若是整数x = a使得 * 式成立,即f(a) ≡ 0(mod m)则a叫作该同余式 * 的解。安全

事实上,知足x ≡ a(mod m)的全部整数使得同余式 * 成立,即a所在剩余类Ca = { c | c ∈ Z,c ≡ a(mod m)}中的每一个剩余都使得同余式 * 成立,所以,同余式 * 的解a一般写成x ≡ a(mod m)。优化

在模m的彻底剩余系中,使得同余式 * 成立的剩余个数叫作同余式 * 的解数spa

同余式求解的基本思路:

  1. 求解归约(f(x)(mod m)<=== f(x)(mod pα)<=== f(x)(mod p));
  2. 解的存在性(如定理1.1);
  3. 解的个数(如定理1.3,4.4,4.5);
  4. 具体求解(定理2.1,定理4.1)。

二、一次同余式

一次同余式求解的基本思路:

(a,m)= 1,ax ≡ 1(mod m)===> (a,m)= 1,ax ≡ b(mod m)===> ax ≡ b(mod m)03d

定理1.1:

设m是一个正整数,a是知足m  a的整数,则一次同余式ax ≡ 1(mod m)(*)有解的充分必要条件是(a,m)= 1。并且,当同余式 * 有解时,其解是惟一的。htm

定义1.2:

设m是一个正整数,a是一个整数。若是存在整数a'使得a · a' ≡ a' ` a ≡ 1(mod m)成立,则a叫作模m可逆元blog

根据定理1.1,在模m的意义下,a'是惟一存在的。这是a'叫作a的模m逆元,记做a' = a-1(mod m)。递归

所以,在定理3.1的条件下,同余式(*)即ax ≡ 1(mod m)的解可写成x ≡ a-1(mod m)。get

定理1.2:

设 m 是一个正整数,则整数 a 是模 m简化剩余的充要条件是整数 a 是模 m 逆元。

定理1.3:

 

2、中国剩余定理:

一、中国剩余定理:“物不知数”与韩信点兵

 

定理2.1:

二、两个方程的中国剩余定理

定理2.2:

定理2.3:

三、中国剩余定理之构造证实

 

四、中国剩余定理之递归证实

 

五、中国剩余定理之应用 —— 算法优化

例2.1:

例2.2:

例2.3:

定理2.4:

命题2.1:

推论:

 

3、高次同余式的解数及解法:

一、高次同余式的解数

定理3.1:

二、高次同余式的提高

定理3.2:

三、高次同余式的提高 —— 具体应用

例3.1:

 

 

4、素数模的同余式:

一、素数模的多项式欧几里得除法

引理4.1(多项式欧几里得除法):

设f(x) = anxn + ··· + a1x + a0为n次整系数多项式,g(x) = xm + ··· + b1x + b0为m ≥ 1次首一整系数多项式,则存在整系数多项式q(x)和r(x)使得f(x) = q(x) · g(x) + r(x),deg r(x) < deg g(x)。

二、素数模的同余式的简化

定理4.1:

同余式与一个次数不超过p - 1的模p同余式等价。 

三、素数模的同余式的因式分解

定理4.2:

设1 ≤ k ≤ n。若是x ≡ ai(mod p),i = 1,···,k,是同余式的k个不一样解,则对任何整数x,都有f(x) ≡ fk(x) · (x - a1) · ··· ·(x - ak)(mod p),其中fk(x)是n - k次多项式,首项系数是an

定理4.3:

四、素数模的同余式的解数估计

定理4.4:

同余式的解数不超过它的次数。

推论:

次数 < p的整系数多项式对全部整数取值模p为0的充要条件是其系数被p整除。

定理4.5:

设p是一个素数,n是一个正整数,n ≤ p。那么同余式f(x) = xn + ··· + a1x + a0 ≡ 0(mod p)有n个解得充分必要条件是xp - x被f(x)除所得余式的全部系数都是p的倍数。

推论:

设p是一个正整数,d是p - 1的正因数,那么多项式xd - 1模p有d个不一样的根。

 

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