关于欧几里德算法(gcd)的证明

求a,b的最大公约数我们经常用欧几里得算法解决,也称辗转相除法,

代码很简短,

int gcd(int a,int b){
    return (b==0)?a:gcd(b,a%b);
}

但其中的道理却很深刻,完全理解不简单,以前都只是记一下代码,今天研究了很久,才差不多理解了其中的原因

从代码可以看出,gcd(a,b)=gcd(b,a%b),关键就在于证明这个等式

证明如下,

设c=gcd(a,b),则a=kc,b=nc(n,c为正整数),

设r=a%b,可得r=a-mb(m为a/b向下取整),

将a,b代入,得r=kc-mnc=(k-mn)c,

可证(k-mn)与n互质,过程如下

反证法,若(k-mn)与n不互质,则存在正整数d(d>1)使得k-mn=xd,n=yd,

则k=mn+xd=myd+xd=(my+x)d,

那么a=kc=(my+x)dc,b=nc=ydc,在这里gcd(a,b)变成了dc,而d>1则dc<>c,不成立

所以k-mn与n互为质数

接下来令t=k-mn,那么r=tc,可以发现b=nc且n与t互质,那么gcd(b,r)会等于c

从而得出gcd(a,b)=gcd(b,r),即gcd(a,b)=gcd(b,a%b)的结论

Hint

那么为什么不能是gcd(a,b)=gcd(a,r)呢?这个问题其实不难,因为a=kc,无法证明k与k-mn互质

按照上面的步骤,k-mn=xd,k=yd(d>1),只能得出k=mn+xd=yd,这个式子并没有什么卵用

可以自己举几个例子试试,

End

posted @ 2017-10-19 20:53  void_f  阅读(1055)  评论(0编辑  收藏  举报