求解线性同余方程组:根据给定同余条件计算整数N
先明确我们要解决的同余方程组:
$$N\equiv0 (\text{mod }11)$$
$$N\equiv0 (\text{mod }5)$$
$$N\equiv4 (\text{mod }9)$$
$$N\equiv6 (\text{mod }8)$$
$$N\equiv0 (\text{mod }7)$$
你的第一步思路非常清晰——因为11、5、7这三个模数两两互质,所以可以直接将它们的乘积作为新的模数,合并这三个同余式:
$$N\equiv0 (\text{mod }11\cdot5\cdot7) \equiv0 (\text{mod }385)$$
这样原方程组就简化为三个同余式:
- $$N\equiv4 (\text{mod }9)$$
- $$N\equiv6 (\text{mod }8)$$
- $$N\equiv0 (\text{mod }385)$$
接下来我们用中国剩余定理的构造法来求解这个简化后的方程组,你构造的表达式方向是对的,我们一步步补全细节:
$$N=(9\cdot8\cdot{a})+(9\cdot385\cdot{b})+(8\cdot385\cdot{c})$$
这个构造的逻辑是:每一项只对一个模数的条件起作用,另外两个模数下该项的余数为0,这样我们可以分别确定a、b、c的值来满足对应的同余条件。
步骤1:确定c的值(满足$N\equiv4 (\text{mod }9)$)
前两项$9\cdot8\cdot{a}$和$9\cdot385\cdot{b}$都是9的倍数,模9时余数为0,因此:
$$N \equiv 8\cdot385\cdot c \equiv4 (\text{mod }9)$$
先计算$8\cdot385$模9的值:
$385 = 9\times42 +7$,所以$385\equiv7 (\text{mod }9)$;$8\times7=56$,$56=9\times6+2$,即$8\cdot385\equiv2 (\text{mod }9)$。
代入后方程变为:$2c\equiv4 (\text{mod }9)$。我们找到2在模9下的逆元——因为$2\times5=10\equiv1 (\text{mod }9)$,所以逆元是5。两边同时乘以5:
$$c\equiv4\times5\equiv20\equiv2 (\text{mod }9)$$
直接取c=2即可。
步骤2:确定b的值(满足$N\equiv6 (\text{mod }8)$)
第一项$9\cdot8\cdot{a}$和第三项$8\cdot385\cdot{c}$都是8的倍数,模8余数为0,因此:
$$N \equiv9\cdot385\cdot b \equiv6 (\text{mod }8)$$
计算$9$和$385$模8的值:
$9=8\times1+1$,所以$9\equiv1 (\text{mod }8)$;$385=8\times48+1$,所以$385\equiv1 (\text{mod }8)$。因此$9\cdot385\equiv1\times1=1 (\text{mod }8)$。
方程简化为:$b\equiv6 (\text{mod }8)$,取b=6即可。
步骤3:确定a的值(满足$N\equiv0 (\text{mod }385)$)
后两项$9\cdot385\cdot{b}$和$8\cdot385\cdot{c}$都是385的倍数,模385余数为0,因此:
$$N \equiv9\cdot8\cdot a \equiv0 (\text{mod }385)$$
也就是$72a\equiv0 (\text{mod }385)$。因为385的质因数是5、7、11,而72的质因数是2、3,两者没有交集,所以72和385互质,72在模385下存在逆元。两边同时乘以逆元后得到$a\equiv0 (\text{mod }385)$,取a=0即可。
计算最终的N并验证
把a=0、b=6、c=2代入构造的表达式:
$$N = 9\times8\times0 + 9\times385\times6 + 8\times385\times2$$
计算得:
$9\times385\times6=20790$,$8\times385\times2=6160$,两者相加得$20790+6160=26950$。
验证这个数是否满足所有原条件:
- $26950\div11=2450$,余数0 ✔️
- $26950\div5=5390$,余数0 ✔️
- $26950\div9=2994\times9+4$,余数4 ✔️
- $26950\div8=3368\times8+6$,余数6 ✔️
- $26950\div7=3850$,余数0 ✔️
所有条件都满足!原方程组的通解是$N=26950 + k\times(8\times9\times385)$,其中k是整数。计算$8\times9\times385=27360$,所以通解可写成:
$$N=26950+27360k,\quad k\in\mathbb{Z}$$
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Remy




