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输入计算

数学公式

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结果

最小非负解
8
x (mod 15)
存在唯一解 Yes (mod 15)
所用同余式 2
通解 x = 8 + 15k

什么是中国剩余定理?

中国剩余定理(CRT)是数论中的经典结论,最早可追溯至中国古代算书《孙子算经》中"物不知数"问题。它指出:若有一组同余式 \(x \equiv a_1 \pmod{m_1}\)、\(x \equiv a_2 \pmod{m_2}\)、……,且这些模数两两互质(彼此之间没有公因数),那么在模 \(M = m_1 \cdot m_2 \cdot \ldots\) 的意义下,存在唯一的解 \(x\)。本计算器会帮你求出其中最小的非负解。

数轴显示满足两个周期性同余条件的单个点
中国剩余定理找到一个模 M 下唯一同时满足所有同余式的值。

如何使用本计算器

分别输入每个余数 \(a_i\) 及其对应的模数 \(m_i\)。你可以求解两个或三个同余式组成的方程组——如果只需要两个,把第三个模数留空即可。工具会先检验各模数是否两两互质,再返回 \(x\) 和合并后的模数 \(M\)。凡是形如 \(x + Mk\)(\(k\) 为任意整数)的数值,同样都是该方程组的解。

公式详解

令 \(M = \prod m_i\)。对每个同余式,定义 \(M_i = M / m_i\),以及 \(y_i = M_i^{-1} \bmod m_i\)(即用扩展欧几里得算法求出的模逆元)。则解为加权求和 $$x \equiv \sum_{i} a_i\,M_i\,y_i \pmod{M}$$ 由于 \(M_i\) 能被除 \(m_i\) 以外的所有模数整除,因此每一项都只会对它自己对应的那个同余式贡献正确的余数。

将中国剩余定理公式分解为 M、M_i 和 y_i 各部分的示意图
每个同余式贡献一项 a_i M_i y_i,求和后对 M 取模化简。

实例演算

求解 \(x \equiv 2 \pmod 3\) 与 \(x \equiv 1 \pmod 4\)。这里 \(M = 3 \cdot 4 = 12\)。\(M_1 = 4\),而 \(4 \equiv 1 \pmod 3\),所以 \(y_1 = 1\);\(M_2 = 3\),而 \(3 \equiv 3 \pmod 4\),所以 \(y_2 = 3\)(因为 \(3 \cdot 3 = 9 \equiv 1\))。于是 $$x = 2 \cdot 4 \cdot 1 + 1 \cdot 3 \cdot 3 = 8 + 9 = 17 \equiv 5 \pmod{12}$$ 验证:\(5 \bmod 3 = 2\) ✓,\(5 \bmod 4 = 1\) ✓。

常见问题

为什么模数必须互质?如果两个模数有公因数,方程组在它们的最小公倍数意义下可能无解,也可能有多个解,此时标准的中国剩余定理公式便不再适用。

"最小非负解"是什么意思?所有解彼此都相差 \(M\) 的整数倍;计算器返回的是落在 \(0\) 到 \(M-1\) 范围内的那一个。

余数可以是负数吗?可以。在求解之前,它们会先按各自的 \(m_i\) 取模,化归到 \(0\) 到 \(m_i-1\) 的范围内。

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