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欧几里得最大公约数算法

最大公约数

想必大家小学就学过什么事最大公约数吧,现在给出一个数学上的定义:定义$g$是整数$a$和$b$的最大公约数,当且仅当$g$是同时整除$a$和$b$的数中最大的那个。

欧几里得算法

欧几里得算法可以写成如下简单的形式:

$$gcd(a,b) =/begin{cases} a, & /mbox{if }b=0 //gcd(b,a/ mod/ b), & /mbox{if }b/ne0/end{cases}$$

算法的证明

算法的过程可以写成如下的形式:

$$a=q_0b+r_0$$

$$b=q_1r_0+r_1$$

$$r_0=q_2r_1+r_2$$

$$r_1=q_3r_2+r_3$$

$$/cdots$$

$$r_{k-1}=q_{k+1}r_k$$

显然,欧几里得算法的答案就是$r_k$。

先证明$r_k$能整除$a$和$b$:

$$/because r_{k-1}=q_{k+1}r_k$$

$$/therefore r_{k-2}=q_kr_{k-1}+r_k=(q_{k+1}q_k+1)r_k$$

$$/therefore r_k/mid r_{k-2}$$

$$/cdots$$

$$/therefore r_k/mid b$$

$$/therefore r_k/mid a$$

$$/therefore gcd(a,b)=g/ge r_k$$

接下来证明$gcd(a,b)=g$能整除r_k

$$/mbox{令} a=ng/ b=mg$$

$$/because a=q_0b+r_0$$

$$/therefore r_0=a-q_0b=ng-q_0mg=(n-q_0m)g$$

$$/mbox{同理}g/mid r_k$$

$$/therefore g/le r_k$$

$$/mbox{由前面的证明我们知道} g/ge r_k$$

$$/therefore g=r_k$$

代码

int gcd(int a, int b){     return b==0?a:gcd(b,a%b); }
正文到此结束
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