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贝祖定理是一个关于最大公约数的定理:
若a,b是整数,那么对于任意整数x,y,ax+by是gcd(a,b)的倍数,且一定存在x,y使得ax+by=gcd(a,b)成立。
定理内容较为简单,但光看定理的内容貌似没有太大用处,我们应该着手解决一下如何求出x,y,于是,可以引出扩展欧几里得。
扩展欧几里得
当求ax+by=gcd(a,b)时,我们可以用一组特解x0,y0来表示x和y的通解:
x=x0+b/gcd(a,b)∗t
y=y0+a/gcd(a,b)∗t
这里的“/”为向下取整。
试图找出相邻两状态之间的关系:
当前状态有:a,b,以及一组解x,y
下一状态有:a,a%b,以及一组解x1,y1
因为a%b=a-(a/b)*b,
带入可得:
gcd(a,b)=bx1+ay1−(a/b)∗by1
=ay1+b∗(x1−a/b∗y1)
于是可以发现:
x=y1,y=x1−(a/b)∗y1
便可由下一状态通过递归得到现在的状态。
更简洁的证明
设ax+by=gcd(a,b)
ax2+by2=gcd(b,a mod b)=bx2+(a mod b)∗y2
由欧几里得算法得到:gcd(a,b)=gcd(b,a mod b)
即:ax+by=bx2+(a mod b)y2
而a mod b=a−b∗(a/b)
代入得:
ax+by=bx2+(a−b∗(a/b))∗y2=bx2+ay2−b∗(a/b)∗y2
解得:
x=y2
by=bx2−b∗(a/b)∗y2,解得:y=x2−(a/b)∗y2
int exgcd(int a, int b, int &x, int &y)
{
if(b == 0)
{
x = 1;
y = 0;
return a;
}
int r = exgcd(b, a%b, x, y);
int t = y;
y = x - (a/b) * y;
x = t;
return r;
}
总结:
当欧几里得递归到最后时,此时的‘a’就是gcd(a,b),因而直接令x=1,y=0,再通过相邻两层递归之间的关系求解出上一层递归中的x,y。