同余运算及其基本性质
数论中的同余与模运算练习题及解析
数论中的同余与模运算练习题及解析一、概念解析在数论中，同余是一种重要的关系。
对于整数a、b和正整数m，如果整数a和b除以m所得的余数相同，则称a与b关于模m同余，记作a≡b(mod m)。
同余关系具有以下性质：1. 反身性：a≡a(mod m)，任何整数与自身模m同余。
2. 对称性：如果a≡b(mod m)，则b≡a(mod m)。
3. 传递性：如果a≡b(mod m)且b≡c(mod m)，则a≡c(mod m)。
模运算是指对一个整数a进行除法运算后取余数的运算。
对于整数a和正整数m，a对m取模运算的结果记作a mod m。
模运算具有以下性质：1. 加法性质：(a+b) mod m = (a mod m + b mod m) mod m2. 减法性质：(a-b) mod m = (a mod m - b mod m) mod m3. 乘法性质：(a×b) mod m = (a mod m × b mod m) mod m二、练习题1. 求100 mod 7的值。
2. 若a≡2(mod 5)，b≡3(mo d 5)，求a+b的值。
3. 若a≡9(mod 11)，b≡7(mod 11)，求a-b的值。
4. 求12×25 mod 7的值。
5. 求13×17 mod 10的值。
三、解析1. 根据模运算的性质，100 mod 7等价于100除以7所得的余数。
由于100÷7=14余2，所以100 mod 7等于2。
2. 根据同余关系的定义，a≡2(mod 5)和b≡3(mod 5)意味着a和b分别与2和3关于模5同余。
根据加法性质，a+b≡(2+3)(mod 5)≡5(mod5)≡0(mod 5)。
所以a+b的值为0。
3. 类似于第2题的解法，根据同余关系的定义，a≡9(mod 11)和b≡7(mod 11)意味着a和b分别与9和7关于模11同余。
根据减法性质，a-b≡(9-7)(mod 11)≡2(mod 11)。
1.同余的概念及基本性质
第三章 同余§1 同余的概念及其基本性质定义 给定一个正整数m ，若用m 去除两个整数a 和b 所得的余数相同，则称,a b 对模m 同余，记作()mod .a b m ≡若余数不同，则称,a b 对模m 不同余，记作()\mod a b m ≡.甲 ()mod .a a m ≡（甲：jia 3声调； 乙：yi 3声调； 丙：bing 3声调； 丁：ding 1声调； 戊：wu 声调； 己：ji 3声调； 庚：geng 1声调； 辛: xin 1声调 天； 壬: ren 2声调； 癸: gui 3声调.）乙 若()mod ,a b m ≡则()mod .b a m ≡丙 若()()mod ,mod ,a b m b c m ≡≡则()mod .a c m ≡ 定理1 ()mod |.a b m m a b ≡⇔-证 设()mod a b m ≡，则12,,0.a mq r b mq r r m =+=+≤<于是，()12,|.a b m q q m a b -=--反之，设|.m a b -由带余除法，111222,0,,0a mq r r m b mq r r m =+≤<=+≤<，于是，()()1221.r r m q q a b -=-+-故，12|m r r -，又因12r r m -<，故()12,mod .r r a b m =≡丁 若()()1122mod ,mod ,a b m a b m ≡≡则，()1212mod .a a b b m ±≡±证 只证“+”的情形.因()()1122mod ,mod a b m a b m ≡≡，故1122,m a b m a b --，于是()()()()11221212|m a b a b a a b b -+-=+-+，所以()1212mod .a a b b m +≡+ 推论 若()mod ,a b c m +≡则()mod .a c b m ≡-戊 若()()1122mod ,mod ,a b m a b m ≡≡则()1212mod .a a bb m ≡ 证 因()()1122mod ,mod a b m a b m ≡≡，故1122|,|.m a b m a b --又因()()()1212111212211122,a a bb a b b a bb a a b b a b -=-+-=-+-故()12121212|,mod .m a a bb a a bb m -≡ 定理2 若()()11mod ,mod ,1,2,,,kki i A B m x y m i k αααα≡≡=则()11111111,,,,mod .k k k kkkk k A xx B y y m αααααααααααα≡∑∑特别地，若()mod ,0,1,,i i a b m i n ≡=，则()111010mod .n n n n n n n n a x a x a b x b x b m ----+++≡+++证 因()mod ,1,2,,i i x y m i k ≡=故,1,2,,iii i x y i k αα≡=，从而()1111mod .k k k k x x y y m αααα≡又因()11mod kkA B m αααα≡，故()()111111111111111,,,,mod ,mod .k k kk k k kkkk k k k A xx B y y m A xx B y y m αααααααααααααααααααα≡≡∑∑己 若()()mod ,,1,ka kb m k m ≡=则()mod .a b m ≡证 因()mod ka kb m =，故()|.m ka kb k a b -=-又因(),1k m =，故()|,mod .m a b a b m -≡庚 （ⅰ）若()mod ,0,a b m k ≡>则()mod .ka kb km ≡ （ⅱ）若()mod ,|,|,|,0,a b m d a d b d m d ≡>则mod .a b m d d d ⎛⎫≡ ⎪⎝⎭证 （ⅰ）因()mod ,0a b m k ≡>，故()()|,|,mod .m a b km k a b ka kb ka kb km --=-≡（ⅱ）因()mod ,a b m ≡故|,.m a b a b mq --=又因|,|,|,0d a d b d m d >111111,,,0,0,0a da b db m dm a b m ===>>>. 于是()111111111,,mod ,mod .a b m da db dm q a b m q a b m d d d ⎛⎫-=-=≡≡ ⎪⎝⎭辛 若()mod ,1,2,,i a b m i k ≡=，则[]()12mod ,,,.k a b m m m ≡证 因()mod ,1,2,,i a b m i k ≡=，故|,1,2,,.i m a b i k -=于是，[][]()1212,,,|,mod ,,,.k k m m m a b a b m m m -≡附记 最小公倍数的一个常用性质是，若12|,|,,|k m a m a m a ，则[]12,,,|.k m m m a证 由带余除法，设[][]1212,,,,0,,,k k a m m m q r r m m m =+≤<，则12|,|,,|k m a m a m a 及12|,|,,|k m a m a m a 得， |,1,2,,.i m r i k =但[]12,,,k m m m 是12,,,k m m m 的最小公倍数，故[]120,,,,|.k r m m m a =壬 若()mod ,|,0,a b m d m d ≡>则()mod .a b d ≡证 因()mod ,a b m ≡故|.m a b -又因|,0d m d >，故()|,mod .d a b a m d -≡ 癸 若()mod a b m ≡，则()(),,.a m b m =证 因()mod a b m ≡，故|.m a b -于是，存在整数t 使得.a b mt -=故.a mt b =+故()(),,.a m b m =例 一个整数0a >被9整除的充分必要条件是n 的各位数字（十进制）的和倍9整除.证 设1101010,010n n n n i a a a a a --=+++≤<.因()101mod9≡，故()()101mod9,10mod9,0,1,,.i i i i a a i n ≡≡=于是，()010mod 9.n nii i i i a a a ===≡∑∑故9|a 的充分必要条件是09|.ni i a =∑作业 P53:2,3,4,5.习题选解2.设正整数1101010,010,n n n n i a a a a a --=+++≤<证明11整除a 的充分必要条件是11整除()01.niii a =-∑证 因为()101mod11≡-，故()()()()101mod11,101mod11,0,1,,.i ii i i i a a i n ≡-≡-=.于是，()()0101mod11.n nii iii i a a a ===≡-∑∑由此可得，11|a 的充分必要条件是()0111.nii i a =-∑3.找出能被37,101整除的判别条件来.解 （ⅰ）因()10001mod37≡，故()()10001mod370.ii ≡≥设11010001000,01000.n n n n i a a a a a --=+++≤<则由()10001mod37i≡得()1000mod37,0,1,,ii i a a i n ≡=，故()01000mod 37.n nii i i i a a a ===≡∑∑由此可得，37|a 的充分必要条件是037.ni i a =∑（ⅱ）因()1001mod101≡-，故()()()1001mod1010.iii ≡-≥ 设110100100,0100,n n n n i a a a a a --=+++≤<则由()()1001mod101ii ≡-得()()1001mod101,0,1,,ii i i a a i n ≡-=，故()01001.n niii i i i a a a ===≡-∑∑由此可得，101|a 的充分必要条件是()01011.niii a =-∑4.证明52641|2 1.+ 证 因()()8163222256,265536154mod 641,2154237166401mod 641,==≡≡=≡≡-故52641|2 1.+5.若a 是任一奇数，则()()221mod 21.nn a n +≡≥证 对n 作数学归纳法.当1n =时，因a 为奇数，故可设121a a =+，则()()2221111112114441a a a a a a -=+-=+=+.而()111a a +是两个连续两个整数的积，一定是2的倍数，从而()122128|1,1mod 2,a a +-≡即1n =时结论正确.假设对()12n n -≥结论正确，即()12121mod 2.n n -+≡下面说明在此假设下，对n 结论正确.因()()()111222221111nn n n a aa a ----=-=-+，而由归纳假设得121n a--是12n +的倍数，又因a 为奇数，故121n a -+也为奇数，于是()()112211n n a a ---+是22n +的倍数，故()221mod 2.nn a +≡。
初等数论 同余
注意：这条与前面的(5)的推论和(7)不同, 模变了. 证明： m | (a－b) => km | k(a－b)
a b m a b mt t. d d d
2013年11月13日10时5分
我喜欢数学
性质(9)
若 a ≡b (mod m1), a ≡b (mod m2), m=[ m1, m2 ], 则 a ≡ b (mod m) . 证明： 由充要条件, 有 m2 | (a－b)， m1 | (a－b)
2013年11月13日10时5分
性质的应用：
由 10≡1（mod 9），有 102≡12（mod 9）， 103≡13（mod 9），…，10n≡1n（mod 9）,
an an 1 a2 a1a0 an 10n an 1 10n 1 a1 10 a0 an an 1 a1 a0 (mod 9).
性质⑺ 同余式的“除”.
性质⑻⑼⑽
涉及模的改变！分别与a，b和m的约 数，倍数，公约数，最小公倍数有关.
性质⑾是关于a，b和m最大公约数的。
2013年11月13日10时5分
例 2
分析
今天是星期二，101000天之后的那天是星期几？
由于1乘a为a ，1n=1，先求得某数的n次幂与1对模同余 是非常方便的. 我们已知 7 | 1001, 即103 ＋1≡0 (mod 7), ， 103 ≡－1(mod 7), 得106 ≡1 (mod 7).
又23m1 2(mod 7)， 从而当且仅当
23m 2 4(mod 7),
n 3m时, 7 2n 1.
（2）由23m 1 2(mod 7)，3m 1 1 3(mod 7), 23m 2 1 5(mod 7), 2 可知，对任何正整数n, 2n 1不能被7整除.
同余的概念及其基本性质
学院学术论文题目: 同余的概念及其基本性质学号：学校：专业：班级：姓名：指导老师：时间：摘要：初等数论是研究数的规律，特别是整数性质的数学分支。
它以算术方法为主要研究方法，在日常生活中，我们所要注意的常常不是某些整数，而是这些数用某一固定的数去除所得的余数。
同余概念的产生可以说大大丰富了数学的内容。
同余是数论中的一个基本概念，同余的应用，一：检查因数的一些方法；二：弃九法。
在本专题的学习中，培养我分析推理解决问题的能力，理解问题的实质。
关键字：同余整数算术Summary：The number of elementary number theory is to study the law, in particularinteger nature of the branch of mathematics. It arithmetic method as the main research methods in their daily lives, we are often not to pay attention to some integer, but these numbers with a fixed a number of removal from the remainder. I created the concept of the same can be said to have greatly enriched the content of mathematics. Number theory congruence is a basic concept of the application with more than one: Check factor of some of the ways; 2: abandoned nine law. In the topic of study, training my analysis reasoning ability to solve problems, understand the essence of the problem.Keyword ：Congruence Integer Arithmetic引言数论是研究整数性质的一门学科，它是数学中最古老的分支之一，内容极为丰富，曾被数学家说成是数学的皇后。
数论中的同余定理与模运算
数论中的同余定理与模运算数论是数学的一个分支，研究整数的性质和结构。
数论中，同余定理和模运算是重要的概念和工具。
本文将介绍同余定理的概念、模运算的定义和性质，并通过例子说明它们在数论中的应用。
一、同余定理同余定理是数论中的基本概念，它描述了两个整数在给定模数下的余数关系。
在数学中，我们用符号“≡”表示同余关系。
1. 同余关系的定义对于给定的正整数m，如果两个整数a和b满足a-b能被m整除，我们就说a与b在模m下同余，记作a ≡ b (mod m)。
例如，对于任意整数a，有a ≡ 0 (mod 2)，即a与0在模2下同余；有a ≡ 1 (mod 3)，即a与1在模3下同余。
2. 同余关系的性质同余关系具有以下性质：（1）自反性：对于任意整数a，有a ≡ a (mod m)。
（2）对称性：如果a ≡ b (mod m)，则b ≡ a (mod m)。
（3）传递性：如果a ≡ b (mod m)且b ≡ c (mod m)，则a ≡ c (mod m)。
这些性质使得同余关系成为一个等价关系，即它满足自反性、对称性和传递性。
二、模运算模运算是计算机科学和数论中常用的一种运算，它是同余定理的具体应用。
模运算是指将一个整数除以一个正整数，得到的余数即为模运算的结果。
1. 模运算的定义对于给定的正整数m和整数a，模运算a mod m的结果是a除以m 所得的余数。
例如，5 mod 3的结果为2，因为5除以3等于1余2。
2. 模运算的性质模运算具有以下性质：（1）加法性：(a + b) mod m = (a mod m + b mod m) mod m。
（2）乘法性：(a * b) mod m = (a mod m * b mod m) mod m。
（3）幂运算：a^n mod m = (a mod m)^n mod m。
这些性质使得模运算具有良好的性质和可计算性，经常在数论和计算机算法中得到应用。
三、同余定理与模运算的应用同余定理和模运算在数论中有许多重要的应用，这里介绍其中两个常见的应用。
第36讲 同 余
第 17 讲 同 余同余是数论中的重要概念，同余理论是研究整数问题的重要工具之一。
设m 是一个给定的正整数，如果两个整数a 与b 用m 除所得的余数相同，则称a 与b 对模同余，记作)(mod m b a ≡，否则，就说a 与b 对模m 不 同余，记作)(mod m b a ≡，显然，)(|)(,)(mod b a m Z k b km a m b a -⇔∈+=⇔≡；1、 同余是一种等价关系，即有自反性、对称性、传递性1).反身性：)(mod m a a ≡；2).对称性：)(mod )(mod m a b m b a ≡⇔≡；3). 传递性：若)(mod m b a ≡，)(mod m c b ≡则)(mod m c a ≡;2、加、减、乘、乘方运算若 a b ≡（mod m ） c d ≡（mod m ）则 a c b d ±≡±（mod m ），ac bd ≡（mod m ），n na b ≡（mod m ） 3、除法 设 ac bd ≡（mod m ）则 a b ≡（mod (,)m c m ）。
A 类例题例1．证明： 一个数的各位数字的和被9除的余数等于这个数被9除的余数。
分析 20≡2(mod9)，500≡5(mod9)，7000≡7(mod9)，……，由于10n－1=9M ，则10n ≡1(mod9)，故a n ×10n ≡a n (mod9)。
可以考虑把此数变为多项式表示a n ×10n + a n-1×10n-1+…+ a 1×10+a 0后处理。
证明 设a=110n n a a a a =a n ×10n + a n-1×10n-1+…+ a 1×10+a 0，∵10≡1(mod9)，∴10n ≡1(mod9)，∴a n ×10n + a n-1×10n-1+…+ a 1×10+a 0≡a n + a n-1+…+ a 1+a 0。
同余的运算法则
同余的运算法则全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：同余的概念最早出现在数论领域，是一种描述整数间的模运算关系的数学概念。
同余的运算法则涉及到模运算的一系列性质和规律，对于解决一些数论问题和密码学中的加密算法起着至关重要的作用。
本文将介绍同余的概念及其运算法则，并讨论其在数学和应用方面的重要性。
1. 同余的定义在数论中，我们通常使用符号“≡”表示同余关系。
如果两个整数a和b除以一个正整数m的余数相等，即a除以m和b除以m的余数相等，我们就说a与b关于模m同余，记为a≡b(mod m)。
简单来说，同余就是指两个数除以同一个数的余数相等。
12和22关于模5同余，因为12除以5的余数为2，22除以5的余数也为2，即12≡22(mod 5)。
2. 同余的运算法则在模运算中，同余有着一系列的运算法则。
我们可以根据这些法则来简化模运算的计算，并处理一些复杂的数论问题。
（1）同余的传递性如果a≡b(mod m)且b≡c(mod m)，那么可以推出a≡c(mod m)。
这就是同余关系的传递性，即如果两个数与同一个模同余，那么它们之间也是同余的。
举例来说，如果5≡15(mod 10)且15≡25(mod 10)，那么可以推出5≡25(mod 10)。
（2）同余的对称性和反对称性（3）同余的加法和乘法性质对于同余关系来说，加法和乘法都具有良好的性质。
（4）同余的幂运算性质如果a≡b(mod m)，那么对于任意正整数n，有a^n≡b^n(mod m)。
即同余数的幂运算后依然同余。
（5）同余的逆元如果a在模m下存在逆元，即存在整数b使得ab≡1(mod m)，那么我们称b是a的逆元。
对于素数模m来说，任意整数a在模m下都有逆元。
同余的概念在数论和密码学领域有着广泛的应用。
（1）同余在数论中的应用在数论中，同余可以用来证明一些整数性质和解决一些数论问题。
在证明费马小定理和欧拉定理等定理时就会用到同余的性质。
在密码学中，同余的概念有着重要的应用。
数论中的同余及其运算
数论中的同余及其运算摘要：同余是高中数学竞赛中的基础知识，同余概念是初等数论的重要组成部分，竞赛中的很多题都要用到同余理论，怎样能更好的理解同余概念、掌握同余计算对竞赛备考生有很大帮助。
本文从生活实例出发，讲述同余概念及其运算。
关键词：同余 同余运算 同余化简在以12为周期的时钟上，只有12个数。
11点再两个小时后，指向1点。
超过12点要减去12的倍数。
记为该运算有加法运算，且满足加法交换律、结合律。
还可以有乘法运算，乘完的结果超出12，减去12的倍数后数仍然在1到12之间，如， ， 。
一、同余的概念，， 除以 若余数相同，则称 与 关于模 同余，记作。
否则，就说 与 关于模 不同余，记作。
显然，同余的性质：同余具有自反性、对称性、传递性 ，①自反性：②对称性：③传递性：若 ，则二、同余运算1、加、减、乘、乘方运算⑴若，则①特别地：，②特别地：，③，⑵设，，，，则推论：设是一个整系数非零多项式，，，则⑶若，则特别地：时，（可除性）特别地：⑷若，且，则若，且，则2、化简技巧⑴⑵⑶⑷⑸计算：的多少次幂关于模同余于方法一：求，带余除法得若方法二：任何正整数乘方得个位数重复出现的周期为4，即，其中方法三：欧拉定理表示不大于且与互素的数的个数的标准分解式，，则若方法四：费马小定理是素数，是正整数，则设设是素数，是正整数，且，则例1. 求被50除的余数所以余数为29例2.求被19除的余数由费马小定理所以余数是4例3.求的个位数例4.试证明不是平方数.，为平方数，奇数的平方是8n+1型，，所以不是平方数三、生活中的应用1、同余解释天干地支纪年天干：甲、乙、丙、丁、午、己、庚、辛、壬、癸，分别记为1，2，3， (10)地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥，分别记为1，2，3， (12)已知公历年份，求对应干支。
设天干为，地支为，则，如公元184年黄巾起义，计算其干支。
，故天干为甲，故地支为子因此公元184年为甲子年，所以黄巾起义时在官府门前都贴有“甲子”字条，口号为“岁在甲子，天下大吉”。
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同余运算及其基本性质
100除以7的余数是2，意思就是说把100个东西七个七个分成一组的话最后还剩2个。
余数有一个严格的定义：假如被除数是a，除数是b（假设它们均为正整数），那么我们总能够找到一个小于b的自然数r和一个整数m，使得a=bm+r。
这个r就是a除以b的余数，m被称作商。
我们经常用mod来表示取余，a除以b余r就写成a mod b = r。
如果两个数a和b之差能被m整除，那么我们就说a和b对模数m同余（关于m同余）。
比如，100-60除以8正好除尽，我们就说100和60对于模数8同余。
它的另一层含义就是说，100和60除以8的余数相同。
a和b对m同余，我们记作a≡b(mod m)。
比如，刚才的例子可以写成100≡60(mod 8)。
你会发现这种记号到处都在用，比如和数论相关的书中就经常把a mod 3 = 1写作a≡1(mod 3)。
之所以把同余当作一种运算，是因为同余满足运算的诸多性质。
比如，同余满足等价关系。
具体地说，它满足自反性（一个数永远和自己同余）、对称性（a和b同余，b和a也就同余）和传递性（a和b同余，b和c同余可以推出a和c同余）。
这三个性质都是显然的。
同余运算里还有稍微复杂一些的性质。
比如，同余运算和整数加减法一样满足“等量加等量，其和不变”。
小学我们就知道，等式两边可以同时加上一个相等的数。
例如，a=b可以推出a+100=b+100。
这样的性质在同余运算中也有：对于同一个模数m，如果a和b同余，x和y同余，那么a+x和b+y也同余。
在我看来，这个结论几乎是显然的。
当然，我们也可以严格证明这个定理。
这个定理对减法同样有效。
性质：如果a≡b(mod m)，x≡y(mod m)，则a+x≡b+y(mod m)。
证明：条件告诉我们，可以找到p和q使得a-mp = b-mq，也存在r和s使得x-mr = y-ms。
于是a-mp + x-mr = b-mq + y-ms，
即a+x-m(p+r) = b+y-m(q+s)，这就告诉我们a+x和b+y除以m的余数相同。
容易想到，两个同余式对应相乘，同余式两边仍然相等：
如果a≡b(mod m)，x≡y(mod m)，则ax≡by(mod m)。
证明：条件告诉我们，a-mp = b-mq，x-mr = y-ms。
于是(a-mp)(x-mr) = (b-mq)(y-ms)，等式两边分别展开后必然是ax-m(...) = by-m(...)的形式，这就说明ax≡by(mod m)。
现在你知道为什么有的题要叫你“输出答案mod xxxxx的结果”了吧，那是为了避免高精度运算，因为这里的结论告诉我们在运算过程中边算边mod和算完后再mod的结果一样。
假如a是一个很大的数，令b=a mod m，那么(a * 100) mod m和(b * 100) mod m的结果是完全一样的，这相当于是在a≡b (mod m)的两边同时乘以100。
这些结论其实都很显然，因为同余运算只关心余数（不关心“整的部分”），完全可以每一次运算后都只保留余数。
因此，整个运算过程中参与运算的数都不超过m，避免了高精度的出现。
在证明Fermat小定理时，我们用到了这样一个定理：
如果ac≡bc(mod m)，且c和m互质，则a≡b(mod m)（就是说同余式两边可以同时除以一个和模数互质的数）。
证明：条件告诉我们，ac-mp = bc-mq，移项可得ac-bc = mp-mq，也就是说(a-b)c = m(p-q)。
这表明，(a-b)c里需要含有因子m，但c和m互质，因此只有可能是a-b被m整除，也即a≡b(mod m)。
可能以后还要用到更多的定理，到时候在这里更新。