同余是数学中一个重要的概念,相当于取模运算的等价关系,即若两个整数a,b在模m的意义下余数相等,则称之为同余。我们可以使用符号a ≡ b(mod m)来表示。此处需要特别注意的是m必须为正整数。
下面是同余的几个常见性质:
- 自反性: ∀ a ∈ Z⑴ , a ≡ a (mod m)
解释:对于模数m和任意整数a,a mod m的余数为本身,所以a与本身在模m的意义下是同余的。
- 对称性: 若 a ≡ b (mod m) 则有 b ≡ a (mod m)
解释:如果a与b在模m的意义下是同余的,即a mod m = b mod m,则此时b也与a在模m的意义下是同余的。
- 传递性: 若 a ≡ b (mod m) 且 b ≡ c (mod m) 则有 a ≡ c (mod m)
解释:若a与b在模m的意义下同余,且b与c在模m的意义下同余,则此时a与c在模m的意义下也同余,即a mod m = b mod m 且 b mod m = c mod m,可以得到 a mod m = c mod m。
- 加、减、乘法混合运算的运算规律
(1)加法混合运算的运算规律
若a ≡ b(mod m),则有a + c ≡ b + c(mod m)
证明: a ≡ b(mod m),即 a - b = xm,那么 a + c = b + c + xm,因此 a + c ≡ b + c(mod m)
(2)减法混合运算的运算规律
若a ≡ b(mod m),则有a - c ≡ b - c(mod m)
证明: a ≡ b(mod m),即 a - b = xm,那么 a - c = b - c + xm,因此a - c ≡ b - c(mod m)
(3)乘法混合运算的运算规律
若a ≡ b(mod m),则有 a × c ≡ b × c(mod m)
证明:a ≡ b(mod m),即 a - b = xm,那么 a × c - b × c = c (a - b) = c xm,因此 a × c ≡ b × c(mod m)
最后需要指出的是,同余以及其性质在很多数学理论和应用中都有着广泛的应用,譬如,同余及其性质广泛地应用于密码学和加密算法中,还被用于证明很多重要的定理和结论,以实现对数学的深入理解。
⑴:符号“∀ a ∈ Z”表示“对于所有的整数a”,其中“∀”读作“任意”或“对于所有”,“∈”读作“属于”。因此,“∀ a ∈ Z”可以理解为“对于所有属于整数集合Z中的整数a”。其中,Z指代整数集合,即包含正整数、负整数和零的集合。
(2):逆元和我们平时所说的倒数是有一定的区别的,我们平时所说的倒数是指:a* (1/a) = 1,那么逆元和倒数之间的区别就是:假设x是a的逆元,那么 a * x = 1 (mod p),也就是只多了一个取余的操作,这个取余的操作,就会保证a的逆元不一定只是a的倒数。