设n为大于1的奇数,当连续整数列:0,1,2,3,…,n-1各项都分别乘以一个与n互素的自然数m,再除以n后,若把所得余数按从小到大的顺序排列起来仍为0,1,2,3,……,n-1共n项的连续整数列。
余数定理
在解决高次方程时,下面的定理是有用的,把这个定理称为余数定理
余数定理:用x-α去除多项式
所得的余式等于这个多项式在x=α处的值,即等于 。
证明
为了证明这个定理,我们用x-α去除多项式f(x),得到商q(x)和余式r(x)。这个余式是次数低于除数x-α的多项式,即是零次的,因此r(x)=r是个常数。
于是f(x)=(x-α)q(x)+r
为了得到常数r,把x=α带入这个等式,得到f(α)=r。余数定理证毕。
推论
如果数α是多项式f(x)的根(即f(α)=0),那么用x-α去除这个多项式没有余数。
例如,从这个定理可以知道,用x-α去除多项式没有余数,事实上,用α代替x得到。建议读者证明:多项式和能被x+α除尽。
应用
余数定理可以用来求余数,要求f(x)除以一次式x-b时,只需以b代入多项式f(x)中的x即得,在计算时以用综合除法为便。余数定理主要用于分解因式,若能检验出有一个常数b能使f(b)=0,则f(x就有了一个因子(x-b)在解方程f(x)=0的过程中,可以逐次用视察法与综合除法结合,求出f(x)的一个因式,就可以将求解的方程次数降低一次。
中国余数定理
一盘围棋下完后,同学甲突然问同学乙:“棋盘上黑子有多少?”同学乙将棋盘上黑子数了一下,似乎有所悟,只是说:“如果三个三个地数,最后余下两个,五个五个地数,最后余下三个,七个七个地数,最后余下四个。棋盘上黑子的数目正好符合这个情况。”说完他们俩都会心地笑了。
棋盘上黑子到底有多少个呢?原来他们正好碰上类似《
孙子算经》中讲到的一道题了。《孙子算经》是中国古代的一部优秀数学著作。对这类问题,中国古代数学史上还称为“
鬼谷算”“
秦王暗点兵”“剪管术”“隔墙算”“神奇妙算”“大行求一术”等等。
这个问题的解法并不难。用数学语言叙述这道题就是:某数除以3余2,除以5余3,除以7余4,求某数。
我们先来考虑一下什么数除以3余2?很清楚,既然2是余数,那么把2再加上3得5,5除以3还是余2。继续这样做,5+3得8,它除了除以3余2外,而且除以5余数是3。8是同时满足上述问题中,“三个三个地数,最后余下两个,五个五个地数,最后余下三个”这两个条件的。最后再在8这个数上每次加15(3和5的
最小公倍数)。
8+15=23,23+15=38,38+15=53。我们发觉53不但除以3余2,除以5余3,而且被7除余4。这样答数就是53了。当然,53是符合上述问题要求的最小一个正整数,除此之外还有;53+105=158,158+105=263……等等,它们都有此性质。一个棋盘上共有192=361格,这两位同学经过了一百多次来回的厮杀,才宣告战斗结束。于是可以知道棋盘上黑子共有158个。这个问题的解题思路是,先从用3去除余2的数中去找用5去除余3的数,再从“3除余2,5除余3”的数中去找用7去除余4的数,并得到答数。
古人经过精心研究,找出解题规律,并用口诀形式来表示:“三人同行七十稀,五树梅花廿一枝,七子团圆正半月,除百零五便得知。”它的意思是用:70乘“3除”所得的余数,21乘“5除”所得的余数,15乘“7除”所得余数,然后总加起来。如果它大于105,则减105,还大再减,直到最后得到答数。
具体算式是:70×2+21×3+15×4=263,263-105=158,158-105=53。这里挑选了70,21,15去乘余数,主要是考虑到70是3除余1,5与7都除尽的数;21是5除余1,3与7都除尽的数;15是7除余1,3与5都除尽的数;而105又是3,5,7都能除尽的数。
有了这个口诀后,我们可以做各种各样余数的这一类题目了。不妨再举一例:某数除以3余1,除以5余2,除以7余6,求某数。
具体算法如下:70×1+21×2+15×6=202,202-105=97。所以某数是97。验算一下果真不差。
这个向题以及它的解法得到世界各国的数学家重视,大家都把它叫做“
孙子定理”或“中国余数定理”。而且在电子计算机的设计中也有它的重要应用。