(乘法)逆元证明·求解·模板

2019-04-13 14:13发布

复习之路:关于逆元,我们首先知道一个叫做“完全剩余系”的东西,记为Zn,即mod n剩下的数;还有一个叫做 “缩系”的东西,就是Zn中与n互质的元素,记为Zn*;那么在Zn中,若ab = 1 ,那么a的逆就是b,b的逆就是a,类似于倒数,只不过这些都是mod n剩下的;而要说的乘法逆元的定义就如上所示。我们要求乘法逆元有两种方式,首先介绍三个定理:1、之前讲到的乘法逆元,即ax = 1 (mod p),根据EXGCD我们知道要求gcd(a, p) = 1;2、费马小定理:    如果说a是整数,p是质数,那么a^p - a = k * p(p的倍数);即 a^p = a (mod p);    如果说a不是p的倍数那么我们有a^(p-1) = 1(mod p)因为若果a是p的倍数该等式是不成立的3、扩展欧几里得(EXGCD),详情见:一、根据如上定理我们来看为什么可以用费马小定理来求解乘法逆元:前提:p是质数,且a不是p的倍数证明: 由前提可知 a^p-1 = 1(mod p);即a * a ^ (p-2) = 1 (mod p);        那么我们可以知道a的乘法逆元就是a^(p-2) 使用快速幂计算即可,quick_pow详见:
二、利用扩欧:前提:无证明:要求乘法逆元,即ax = 1 (mod p)可以推出: ax - py = 1;x是a的乘法逆元 带入扩欧求解即可,最后判断逆元有无的条件就是 gcd(a, p) 是否为1.这是因为:    ax + by 的最小解应该是gcd(a, b);如果gcd(a, b) 不为1 的话,就不是乘法逆元的二元一次方程式了;根据扩欧求解乘法逆元模板:int solve(ll a,ll p) { ll d, x, y; exgcd(a, p, d, x, y); return d == 1 ? (x + p) % p : -1; }
PS:逆元的作用: 做题时如果结果过大一般都会让你模一个数,确保结果不是很大,而这个数一般是1e9+7,而且这个数又是个素数,加减乘与模运算的顺序交换不会影响结果,但是除法不行。有的题目要求结果mod一个大质数,如果原本的结果中有除法,比如除以a,那就可以乘以a的逆元替代。(除一个数等于乘它的倒数,虽然这里的逆元不完全是倒数,但可以这么理解,毕竟乘法逆元就是倒数的扩展)。