什么是逆元?
每个数a均有唯一的与之对应的乘法逆元x,使得ax≡1(mod n) , 一个数有逆元的充分必要条件是gcd(a,n)=1,此时逆元唯一存在 。
逆元的含义:模n意义下,1个数a如果有逆元x,那么除以a相当于乘以x。
逆元的定义:定义:正整数 a, n,如果有 ax ≡ 1(mod n),则称 x 的最小正整数解为 a 模 n的逆元。
为什么要有乘法逆元呢?
当我们要求(a/b) mod p的值,且a很大,大到会溢出;或者说b很大,达到会爆精度。无法直接求得a/b的值时,我们就要用到乘法逆元。
求证:设k为b关于p的乘法逆元,证明
(a/b)%m=(a*k)%m?
我们可以通过
求b关于p的乘法逆元k,将a乘上k再模p,即(a*k) mod p。其结果与(a/b) mod p等价。
证:
根据b*k≡1 (mod p)有b*k=p*x+1。
k=(p*x+1)/b。
把k代入(a*k) mod p,得:
(a*(p*x+1)/b) mod p
=((a*p*x)/b+a/b) mod p
=[((a*p*x)/b) mod p +(a/b)] mod p
=[(p*(a*x)/b) mod p +(a/b)] mod p
//p*[(a*x)/b] mod p=0
所以原式等于:(a/b) mod p
更简单的证明:
a/b mod p = a* (b*b^(-1) ) /b =a*b^(-1);
乘法逆元的几种求法?
一、循环找解法
给定模m和需要求逆的数x,直接暴力枚举1~m-1
检查是否有x*i=1(mod m)
这种算法可以应用与写暴力、对拍、模数较小,求逆次数少的情况
时间复杂度O(m)
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int n,m;
cin>>n>>m;
for(int i=1;i
二、扩展欧几里得算法
给定模数m,求a的逆元相当于求解ax=1(mod m)
这个方程可以转化为ax-my=1
然后套用求二元一次方程的方法,用扩展欧几里得算法求得一组x0,y0和gcd
检查gcd是否为1
gcd不为1则说明逆元不存在
若为1,则调整x0到0~m-1的范围中即可
( 用我自己的话解释一下,①:extgcd 目的 求 x ,y ; ②:逆元 目的 求 x; ③: so 用extgcd 来求逆元 )
一个数有逆元的充分必要条件是gcd(a,n)=1,如果gcd(a,n)>1,则不存在逆元:比如:18 12
#include
#include
using namespace std;
int exgcd(int a,int b,int &x,int &y)
{
if(b==0) {
x=1,y=0;
return a;
}
int r = exgcd(b,a%b,x,y);
int t = x;
x = y;
y = t - a/b*y;
return r;
}
int inv(int n,int m)
{
int x,y;
int ans = exgcd(n,m,x,y);
if(ans == 1)
return (x%m+m)%m;
//定义:正整数 a, n,如果有 ax ≡ 1(mod n),则称 x 的最小整数解为 a 模 n的逆元。
else
return -1;
}
int main()
{
int n,m;
cin>>n>>m;
int ans = inv(n,m);
ans == -1 ? cout<<"没有逆元"<
三、费马小定理及欧拉定理
四、O(n)求1~n逆元表
(这个写的不是很详细,具体看那个链接)
ps:
a与b对模m同余,记为a≡b(mod m)
ax≡1(mod p) 读作:a关于模p的乘法逆元。