Inteiros e congruências

Divisibilidade, primos, Euclides, Bézout, inversos e equações modulares.

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Divisão e primos

Para a,b∈Za,b\in\mathbb Z, b≠0b\ne0:

a=bq+r,0≤r<∣b∣.a=bq+r,\qquad 0\le r<|b|.

O resto é não negativo mesmo com dividendo negativo. A relação b∣ab\mid a significa a=bqa=bq com q∈Zq\in\mathbb Z. Todo o inteiro não nulo divide zero.

  • Se d∣ad\mid a e d∣bd\mid b, então d∣(ua+vb)d\mid(ua+vb) para quaisquer u,v∈Zu,v\in\mathbb Z.
  • Um primo é p>1p>1 com divisores positivos só 11 e pp. O número 1 não é primo nem composto.
  • A fatorização de n>1n>1 é única salvo a ordem. Os expoentes mínimos dão o mdc; os máximos dão o mmc.
  • Para a,b>0a,b>0, gcd⁡(a,b)mmc⁡(a,b)=ab\gcd(a,b)\operatorname{mmc}(a,b)=ab.
  • Se pp é primo e p∣abp\mid ab, então p∣ap\mid a ou p∣bp\mid b.

Há infinitos primos: qualquer divisor primo de p1⋯pk+1p_1\cdots p_k+1 fica fora da lista. O produto mais 1 não tem de ser primo.

Euclides

O mdc é o maior divisor positivo comum, para inteiros não ambos zero. gcd⁡(a,0)=∣a∣\gcd(a,0)=|a| quando a≠0a\ne0.

  1. Divide a=bq+ra=bq+r.
  2. Substitui (a,b)(a,b) por (b,r)(b,r), com o mesmo mdc.
  3. Repete até resto zero. O último resto não nulo é o mdc.
  4. Retrocede nas igualdades para Bézout: gcd⁡(a,b)=ua+vb\gcd(a,b)=ua+vb com u,v∈Zu,v\in\mathbb Z.

Para 252 e 198, os restos são 54,36,18,054,36,18,0 e 18=4⋅252−5⋅19818=4\cdot252-5\cdot198.

Primos entre si têm mdc 1. Combinação linear igual a 1 prova coprimalidade, mesmo com parâmetro inteiro.

Para a,b>0a,b>0 e d=gcd⁡(a,b)d=\gcd(a,b), ax+by=cax+by=c tem solução inteira se e só se d∣cd\mid c. A partir de (x0,y0)(x_0,y_0):

x=x0+bdt,y=y0−adt,t∈Z.x=x_0+\frac bd t,\qquad y=y_0-\frac ad t,\qquad t\in\mathbb Z.

Bézout não garante coeficientes naturais. Para naturais impõe x,y≥0x,y\ge0. 18x+30y=618x+30y=6 tem (2,−1)(2,-1), mas nenhuma não negativa.

Congruências

Para m>0m>0, a≡mba\equiv_m b significa m∣(a−b)m\mid(a-b), ou seja igual resto. Podes somar, subtrair e multiplicar no mesmo módulo.

  • O inverso de cc módulo mm existe se e só se gcd⁡(c,m)=1\gcd(c,m)=1. Se uc+vm=1uc+vm=1, então uu é um inverso. Para m>1m>1, o zero não tem inverso.
  • Para cancelar com d=gcd⁡(c,m)d=\gcd(c,m): ca≡mcbca\equiv_m cb equivale a a≡m/dba\equiv_{m/d}b. Só com d=1d=1 mantém o módulo original.

2⋅2≡62⋅52\cdot2\equiv_6 2\cdot5 só autoriza 2≡352\equiv_3 5 depois de dividir o módulo.

Equações lineares

Para ax≡mbax\equiv_m b:

  1. Calcula d=gcd⁡(a,m)d=\gcd(a,m). Há solução se e só se d∣bd\mid b.
  2. Divide a,b,ma,b,m por dd.
  3. Inverte o coeficiente módulo m/dm/d e obtém x≡m/dx0x\equiv_{m/d}x_0.
  4. No módulo original lista as dd classes x0+k(m/d)x_0+k(m/d), com 0≤k<d0\le k<d.

6x≡1486x\equiv_{14}8 reduz a 3x≡743x\equiv_7 4, logo x≡76x\equiv_7 6. Em Z14\mathbb Z_{14} as soluções são 6 e 13. 6x≡1496x\equiv_{14}9 não tem solução.

Fermat

Se pp primo e p∤ap\nmid a, então ap−1≡p1a^{p-1}\equiv_p1 e a−1≡pap−2a^{-1}\equiv_p a^{p-2}.

Para 3100 mod 73^{100}\bmod7, reduz o expoente: 100=16⋅6+4100=16\cdot6+4, logo 3100≡734≡743^{100}\equiv_7 3^4\equiv_7 4. Não uses estas fórmulas para módulo composto sem outra justificação.

Euclides, Bézout e equações modulares.

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