中國剩餘定理計算機

求解模數兩兩互質的三個聯立同餘方程。

求解同餘方程組
在各個正模數旁輸入對應的整數餘數。

關於中國剩餘定理計算機

中國剩餘定理通常縮寫為 CRT,可將多個模運算條件整合為一個解。例如 x ≡ 2(模 3)表示 x 除以 3 的餘數為 2。本計算機接受三個這樣的方程,找出同時滿足所有條件的最小非負整數。 經典定理適用於模數兩兩互質的情況,也就是任意一對模數的最大公因數皆為一。在此條件下,以所有模數的乘積為模,恰有一個解。模數為 3、5、7 時,乘積為 105。若最小解是 23,則 23、128、233,以及藉由加減 105 所得的所有整數,都滿足相同的方程組。 建構演算法先將所有模數相乘,得到 M。對每個方程,以 M 除以該方程的模數,得到部分乘積。由於模數兩兩互質,該部分乘積在被除去的模數下具有乘法反元素。將各餘數、部分乘積及反元素相乘,即可建立符合一個同餘條件、在其他模數下餘數為零的項。將各項相加後對 M 取模,即得答案。 CRT 的應用遠超過教科書中的數論,涵蓋高效率大整數運算、密碼學實作、編碼理論、曆法週期、輪班排程、電腦代數,以及由餘數重建數值。當困難的計算能拆成多個模數下較小且獨立的計算,再合併結果時,這項定理特別實用。 請輸入整數餘數及大於一的模數。餘數可以是負數或大於模數,因為取模會自動將其正規化。本版本刻意要求模數兩兩互質,符合標準定理並保證唯一剩餘類。模數不互質的方程組有時仍有解,但須額外檢查相容性,不在本計算機的範圍內。請將結果分別除以各模數,核對餘數以驗證答案。

中國剩餘定理範例

每列將三個同餘條件整合為一個剩餘類。

同餘條件說明
2 mod 3;3 mod 5;2 mod 723 mod 105二十三除以三個模數時,會得到指定的三個餘數。
1 mod 4;2 mod 5;3 mod 717 mod 140兩兩互質的模數相乘為 140。
0 mod 2;1 mod 3;4 mod 54 mod 30四是同時滿足所有條件的最小非負解。

如何求解同餘方程

  1. 輸入第一個同餘方程的整數餘數與模數。
  2. 輸入第二組及第三組餘數與模數。
  3. 確認每一對模數的最大公因數都是一。
  4. 選取「求解同餘方程」,求出唯一剩餘類。
  5. 將答案分別對各個輸入模數取模,驗證結果。

中國剩餘定理常見問題

兩兩互質是什麼意思?

任意兩個不同模數的最大公因數必須為一。模數本身不一定要是質數。

為什麼有無限多個解?

定理找出的是以所有模數乘積為模的一個剩餘類。加上該乘積的任意整數倍,都會保留所有餘數。

餘數可以大於模數嗎?

可以,會約化為等價的標準餘數。例如模五時,餘數八等價於餘數三。

定理可以使用負餘數嗎?

可以,負餘數可表示有效的剩餘類,也能正規化。顯示的答案為最小非負代表元。

模數不互質時會如何?

只有重疊的同餘條件相容時才可能有解。本計算機採用經典的兩兩互質定理,會將這些方程組標示為不支援。

如何驗證 CRT 的解?

將顯示的解分別除以各模數,查看餘數。各餘數應與對應輸入經過取模約化後的結果一致。