ب‌ م‌ م (قضیه بزو)

آخرین ویرایش: 20 آبان 1403
دسته‌بندی: نظریه اعداد
امتیاز:

مقدمه‌ای بر قضیه بزو

قبل از بیان قضیه بزو، لازم است مقدمات زیر را بیان کنیم:

تمرین

دو عدد 12 و 18 را در نظر می‌گیریم. هر ترکیب خطی از این دو عدد به‌صورت 12x+18y است.  

چند ترکیب خطی از این دو عدد می‌نویسیم:

x=1y=1121+181=30x=3y=−2123+18−2=0

x=2y=−1122+18−1=6x=3y=2123+182=72

آیا تمام ترکیبات خطی فوق بر 6 بخش پذیرند؟

12x+18y=62x+3y=6k


همان‌طور که ملاحظه می‌کنید، تمام ترکیبات خطی فوق بر 6 بخش پذیرند، که در آن 6 بزرگ‌ترین مقسوم علیه مشترک دو عدد 12 و 18 می‌باشد.

کدام‌یک از ترکیبات خطی دو عدد 12 و 18 مساوی ب.م.م این دو عدد است؟

اما آن‌چه مورد توجه ماست آن است که یکی از ترکیبات خطی دو عدد 12 و 18 مساوی ب.م.م این دو عدد یعنی 6 است که در این‌جا به ازای x=2y=−1 اتفاق افتاده است. 


این مطلب به‌طور کلی برای هر دو عدد صحیح a و b برقرار است که در قضیه بزو آمده است.

قضیه بزو

قضیه

فرض کنید a و b دو عدد صحیحی باشند که دست‌کم یکی از آنها مخالف صفر است:  

در این‌صورت دو عدد صحیح r و s می‌توان یافت به‌طوری‌که:

ar+bs=a,b=d

یعنی حداقل یک ترکیب خطی از دو عدد صحیح a و b مساوی ب‌‌‌م‌م آن دو عدد است:

if  a,b=d  ⇒  ∃  r  ,  s∈Z    ;    ra+sb=d

اثبات

مجموعه کلیه ترکیبات خطی مثبت a و b را در زیر مشاهده می‌کنید: 

A=ma+nb  m  ,  n∈Z    ;    ma+nb>0

این مجموعه، غیر تهی است زیرا:

a=±1×a+0×b>0  ⇒a∈A⇒A≠∅

b=0×a+±1×b>0  ⇒ b∈A ⇒   A≠ ∅

A زیر مجموعه N یعنی A⊂N می‌باشد و N خوش ترتیب است، زیرا مجموعه N تهی نیست و دارای عضو ابتدا است در نتیجه مجموعه A دارای عضو ابتدایی مانند d بوده و داریم:

∀  d∈A⇒∃ r,s ∈Z   ;    d=ra+sb>0

باید ثابت کنیم که d همان ب‌م‌م دو عدد a و b هست، یعنی در دو شرط تعریف زیر صادق است:  

1   da  ,db 2   ∀c>0    ;    ca∧cb ⇒c≤d

برای اثبات 1 داریم:

ابتدا a را بر d تقسیم می‌کنیم:

بنا بر قضیه تقسیم، اعداد صحیح منحصر به‌فرد q و t یافت می‌شود به‌قسمی‌که:

a=dq+t    ;     0≤t≤d

ثابت می‌کنیم t=0 است.

بر اساس برهان خلف اگر t≠0 باشد، فرض می‌کنیم t>0 باشد: 

a=dq+t ⇒t=a−dq       ;    d=ra+sb⇒t=a−ra+sbq

⇒t=a1−rq+b−sq    ;     1−rq=m'∈Z−sq=n'∈Z

⇒t=m'a+n'b>0⇒t>0

t>0 است و این مطلب خلاف عضو ابتدا بودن d است در نتیجه t=0a=dq و به‌همین ترتیب ثابت می‌شود که ab.


برای اثبات 2 داریم:

∀c>0  ,  ca  ,  cb   ⇒c≤?d

ca⇒ cra cb⇒csbcra+sb⇒ cd ⇒c≤d

نکته

1- عکس قضیه بزو در حالت کلی برقرار نمی‌باشد.

اگر عددی مانند d برابر با ترکیب خطی دو عدد صحیح مانند a و b باشد، نمی‌توان نتیجه گرفت که d ب‌م‌م دو عدد a و b است. 

به‌عنوان نمونه:

35+43=27⇒5,3=27


2- صورت و فرم دیگری از قضیه بزو به‌شکل زیر مطرح می‌شود:

اگر a و b دو عدد صحیح و حداقل یکی از آنها مخالف صفر باشد، در مجموعه زیر:  

A=ra+sb>0 r  ,  s∈Z

عضو ابتدای مجموعه فوق بزرگ‌ترین مقسوم علیه مشترک a و b است، یعنی: 

d=minA=a,b


3- آن‌چه لازم است بدانیم این است که قضیه بزو فقط وجود r و s را بیان می‌کند، اما راه حل عملی برای پیدا کردن آنها ارائه نمی‌دهد، البته بعدا روش‌هایی برای یافتن آنها ارائه خواهیم داد.  

نتایج حاصل از قضیه بزو

if   ra+sb=1⇔a,b=1

اثبات

هرگاه ترکیب خطی دو عدد صحیح a و b عدد 1 باشد، آن دو عدد نسبت به هم اولند و برعکس.

ثابت می‌کنیم:

if    ra+sb=1⇒a,b=1

بنابر برهان خلف، فرض می‌کنیم a,b≠1:

a,b≠1

⇒∃  c>1   ;   a,b=c

⇒ca⇒cracb⇒csb

⇒cra+sb

⇒c1

⇒c≤1

به یک تناقض رسیدیم پس فرض باطل است و a,b=1 است. 


ثابت می‌کنیم:

if   a,b=1⇒ra+sb=1

بنابر قضیه بزو داریم:

if   a,b=1⇒∃r  ,  s∈Z    ;    ra+sb=1

a,b=1abcac

نتیجه فوق به لم اقلیدس معروف است.

اثبات

abc⇒bc=aqa,b=1⇒∃r,s∈Z  ;  ra+sb=1

ra+sb=1⇒c×ra+sb=c×1

⇒rac+sbc=c    ;    bc=aq

⇒rac+saq=c

⇒arc+sq=c    ;    rc+sq=q' 

⇒aq'=c⇒ac

a,b=d⇒ad,bd=1

اثبات

a,b=d⇒∃ r  ,  s∈Z    ;    ra+sb=d⇒1dra+sb=1dd⇒rad+sbd=1⇒ad,bd=1

تساوی rad+sbd=1 ترکیب خطی از r و s هست و ثابت می‌شود که r,s=1 یعنی در قضیه بزو، ضرایب ترکیب خطی که d را می‌سازد، همواره نسبت به‌هم اول هستند.  

if    a,b=1  ,  a,c=1⇔a,bc=1

اثبات

ثابت می‌کنیم:

if  a,b=1  ,  a,c=1⇒a,bc=1

a,b=1⇒∃  r1,s1∈Z   ;   r1a+s1b=1

a,c=1⇒∃  r2,s2∈Z   ;   r2a+s2c=1

r1a+s1b×r2a+s2c=1

⇒r1r2a2+r1s2ac+s1r2ab+s1s2bc=1

⇒ar1r2a+r1s2c+s1r2b+s1s2bc=1    ;    r1r2a+r1s2c+s1r2b=rs1s2=s

⇒ra+sbc=1⇒a,bc=1


ثابت می‌کنیم:

if   a,bc=1⇒a,b=1  ,  a,c=1

a,bc=1⇒ra+sbc=1

⇒ra+sbc=1⇒a,c=1ra+scb=1⇒a,b=1

فرمول فوق را به‌صورت زیر می‌توان بسط داد.

a,b1=1  ,  a,b2=1  ,  ...  ,  a,bn=1⇔a,b1b2...bn=1

ab  ,  ac⇒ab,c

اثبات

هرگاه عددی دو عدد را بشمارد، آن‌گاه همواره ب‌م‌م آن دو عدد را می‌شمارد.

فرض می‌کنیم b,c=d آن‌گاه ثابت می‌کنیم ad.

b,c=d⇒∃   r  ,  s∈Z    ;    rb+sc=d

ab⇒arbac⇒ascarb+sc=d⇒ad    

ak  ,  bk  ,  a,b=1 ⇒abk

اثبات

ak⇒k=aq'bk⇒k=bq''

a,b=1⇒∃ r,s∈Z  ;  ra+sb=1 ⇒k ra+sb=k1 ⇒rak+sbk=k    ;    k=aq'k=bq''⇒rabq''+sbaq'=k

⇒abrq''+sq'=k    ;    rq''+sq'=q     

⇒abq=k⇒abk

if  pab⇒pa    ∨   pb

p عددی اول است و یکی از دو عدد a و b را عاد می‌کند. 

اثبات

اگر pa حکم  ثابت است، اگر p|a باید p,a=1 آن‌گاه: 

if    p|a⇒p,a=1

بر طبق لم اقلیدس داریم:

⇒pab⇒pb

a,b=d  ,  k∈N⇔ka,kb=kd

اثبات

هرگاه دو عدد صحیح a و b را در عدد طبیعی k ضرب کنیم، بزرگ‌ترین شمارنده مشترک آن دو عدد در k ضرب می‌شود.

ثابت می‌کنیم:

a,b=d⇒ka,kb=kd

a,b=d

⇒1       da  db⇒kdkb2        ∀x>0    ;      xka  ,  xkb⇒x≤?kd


a,b=d ⇒∃ r,s∈Z    ;    ra+sb=d⇒kra+sb=kd⇒rak+sbk=dk

xka⇒xrakxkb⇒xsbk

⇒xrak+sbk

⇒xkd⇒x≤kd


ثابت می‌کنیم:

ka,kb=kd⇒a,b=d

ka,kb=kd

⇒1       kdka⇒dakdkb⇒db2    c>0  ,  ca   ,  cb⇒c≤?d

ka,kb=kd⇒rka+skb=kd⇒ra+sb=d

ca⇒cracb⇒csbcra+sb=d⇒cd⇒c≤d

if   an,bm=1⇒a,b=1    ;    m  ,  n∈N

اثبات

if   an,bm=1⇒ran+sbm=1

⇒ran−1a+sbm−1b=1    ;    r1=ran−1s1=sbm−1

⇒r1a+s1b=1⇒a,b=1

if   a,b,c∈Z  ;    a,b=1  ,  ca  ,  db⇒c,d=1 

اثبات

a,b=1⇒∃r,s∈Z  ;   ra+sb=1

ca⇒a=ck1db⇒b=dk2

ra+sb=1⇒rck1+sdk2=1

⇒rk1c+sk2d=1      ;   r1=rk1s1=sk2

⇒r1c+s1d=1 ⇒c,d=1

if  a,b,c∈Z    ;    a,b=1  ,  ca+b  ⇒a,c=b,c=1

اثبات

a,b=1⇒∃ r  ,  s∈Z   ;   ra+sb=1

ثابت می‌کنیم b,c=1:

ca+b⇒a+b=ck⇒a=ck−b 

ra+sb=1⇒rck−b+sb=1

⇒rkc+s−rb=1       ;     r1=rks1=s−r

⇒r1c+s1b=1⇒c,b=1


ثابت می‌کنیم a,c=1:

ca+b⇒a+b=ck⇒b=ck−a

ra+sb=1⇒ra+sck−a=1

⇒r−sa+skc=1    ;    r1=r−ss1=sk

⇒r1a+s1c=1⇒a,c=1

قضیه

هر ترکیب خطی a و b مانند ax+by=t بر ب‌م‌م دو عدد a و b یعنی a,b=d بخش پذیر است:      

ax+by=t

d=a,b⇒da⇒daxdb⇒dbydax+by

⇒dt

دریافت مثال

تست‌های این مبحث

تست شماره 1

کنکور ریاضی اردیبهشت 1403

اگر کوچکترین عضو مثبت مجموعه زیر باشد:

407r+592sr,s∈Z

مجموع ارقام m کدام است؟

  1. 2
  2. 7
  3. 10
  4. 11
مشاهده پاسخ تست بستن

خرید پاسخ‌ها

ب‌م‌م (قضیه بزو)

2,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید