markdown
ユークリッドの互除法と一次不定方程式-基本演習md 26c40ed
exercise/math/algebra/euclidean-algorithm-and-linear-diophantine-equations.exercise.n.md
ユークリッドの互除法と一次不定方程式-基本演習
mathalgebranumber-theoryeuclidean-algorithmexercise
2演習方針
まず互除法で最大公約数を得る。係数が必要なら割り算を逆向きに代入し、一般解では同次解の方向を付加する。
3問題 1:互除法
\gcd(252,198) を互除法で求めよ。
3.1解答例
252=198+54,
\quad198=3\cdot54+36,
\quad54=36+18,
\quad36=2\cdot18.
最後の非零余りは 18 なので、\gcd(252,198)=18 である。
3.2診断
商ではなく、最後の非零余りを読む。
4問題 2:Bézout 表示
\gcd(252,198) を 252x+198y の形で表せ。
4.1解答例
18=54-36=54-(198-3\cdot54)=4\cdot54-198
かつ 54=252-198 だから、
18=4\cdot252-5\cdot198.
したがって (x,y)=(4,-5) が一組の係数である。
4.2診断
逆代入後に元の式へ代入し、符号を検算する。
5問題 3:mod 逆元
17 の法 43 における逆元を求めよ。
5.1解答例
43=2\cdot17+9,\quad17=9+8,\quad9=8+1
を逆代入すると
1=2\cdot43-5\cdot17.
よって -5\cdot17\equiv1\pmod{43} であり、逆元は -5\equiv38\pmod{43} である。
5.2診断
逆元を探索する前に \gcd(17,43)=1 を確認する。
6問題 4:可解性
84x+30y=7 が整数解を持つか判定せよ。
6.1解答例
\gcd(84,30)=6 だが 6\nmid7 である。したがって整数解は存在しない。
6.2診断
探索を始める前に \gcd(a,b)\mid c を確認する。
7問題 5:一般解
84x+30y=18 の整数解をすべて求めよ。
7.1解答例
互除法の逆代入から 6=-84+3\cdot30 なので、18=-3\cdot84+9\cdot30 である。一つの解は (x_0,y_0)=(-3,9) である。d=6 より一般解は
x=-3+\frac{30}{6}t=-3+5t,
\qquad
y=9-\frac{84}{6}t=9-14t,\quad t\in\mathbb Z.
7.2診断
係数 b/d と -a/d が元の左辺を変えないことを代入して確認する。
8誤答診断
| 問題 | 分類 | 典型誤答 | 戻る内容 |
| 1–2 | 計算ミス | 最後の 0 または商を gcd とする、逆代入の符号を誤る | 互除法とBézout表示 |
| 3 | 適用条件ミス | gcd を確認せず逆元を探す | 逆元の存在条件 |
| 4–5 | 見分けミス | d\nmid c でも探索を続ける、特殊解だけを全解とする | 可解条件と一般解 |