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用Vlookup函数验证一次同余方程组的解

时间:2022-03-19 14:09:17 浏览次数:

【摘要】以數学的观点和方法求解和验证一次同余方程组的解和用Vlookup函数进行验证有一定的区别,本文介绍了一种以计算机辅助证明初等数论部分结论的方法.

【关键词】Vlookup函数;同余方程组;解

【资助项目】丽江师范高等专科学校特色课程《小学数学课堂教学技能训练》建设项目.

方程组(1)是一元一次同余方程组的最简形式,其求解对更加复杂的一元一次同余方程组具有重要意义.为了验证其解,构造两个此形式的方程组(2)和(3).

x≡b1(modm1),x≡b2(modm2). (1)

x≡7(mod10),x≡4(mod8). (2)

x≡7(mod10),x≡5(mod8). (3)

一、基本结论

定理 一次同余方程组(1)有解的充要条件是(m1,m2)|(b1-b2),且在有解条件下有唯一解.

二、用Vlookup验证定理结论

步骤1:令F列为自然序列,进行赋值F1=0,F2=1,F3=2,…,F100=99,F101=100.

步骤2:令A列为x≡7(mod10)的解,即A1=F1*10+7,A2=F2*10+7,其后进行自动填充.

步骤3:令B列为x≡4(mod8)的解,即A1=F1*8+4,A2=F2*8+4,其后进行自动填充.

步骤4:做Vlookup函数验证x≡7(mod10)和x≡4(mod8)是否有公共解,若有则可判定其解为方程组(2)的解,若无,可适当增大自然序列的最大值进行补充验证,再次验证后不能改变解的状态可猜测方程组无解.

令C1=Vlookup(B1,$A$1:$A$101,1,0),回车返回错误值,再次验证也无法得解.

步骤5:重复步骤3和4验证方程组(3)的解.其中,令B列为x≡5(mod8)的解.应用Vlookup函数验证可返回其解为37,77,117,157,197,…,797,….

步骤6:将上述解筛选出来并以数值形式粘贴至sheet2,计算可知77-37=117-77=157-117=…=797-757=…=40.

由此可猜想方程组(3)的解是以40为模的,而可以验证40=[10,8].

步骤7:猜测上述最小正整数解37的出处.37=7+10y0,37=5+8y1,易知y0=3,y1=4,而y≡3mod8(10,8) 和y≡4mod10(10,8)刚好是同余方程102y≡7-52mod8(10,8) 的唯一解.由此猜测(验证)一次同余方程组(1)的解为

x≡b1+m1y0(mod[m1,m2]),

其中y0为m1(m1,m2)y≡b1-b2(m1,m2)modm2(m1,m2)的解.

说明:① 上述结论可以推广到更多的方程上,也就可以得到孙子定理的结论了.② 应用计算机证明数论结论,只能选择一定的上限,虽说上限可以尽量大,但不能做到对所有数值均成立,故此证明从数学角度来说有一定缺陷.

三、实例演示

求解x≡3(mod7),x≡5(mod11). 易知(7,11)=1,[11,7]=77,故只需求解7y≡-2(mod11),易得其解为y≡5(mod11),故原方程组的解为x≡3+7×5(mod[11,7]),即x≡38(mod77).

【参考文献】

[1]王金明.初等数论[M].北京:人民教育出版社,2002:158-170.

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