高校数学:整数:ユーグリッドの互除法とは(最大公約数のからくり)

こんにちは。今回はユーグリッド互除法について書いておきます。何であの方法で最大公約数が求まるのか見ていきましょう。

ユーグリッドの互除法とは

ユーグリッドの互除法

自然数 A, B に対し,  A をB で割ったときの商をq, 余りをr とすると,
A=qB+rという等式が成り立つ。
このとき, 「A とB の最大公約数」は, 「 B と r の最大公約数」に等しいというもの。

証明というか意味的なもの

例えば, 最大公約数がgの2数ag, bgがあるとします。ただし, a, bは互いに素である。
意味的にはこの2数の差の最大公約数もgになるということです。
つまり, ag-bg=g(a-b)\cdots\maru1
であり, ag, bg, g(a-b)の最大公約数はgになります。
このとき, agbgで割った余りというのは, \maru1の差をとる作業を何回か繰り返して残ったものなので, その繰り返した回数をqとすると,
ag-qbg=g(a-qb)\cdots\maru2\ (bg>g(a-qb)>0)となります。このg(a-qb)agbgで割った余りで, このとき, ag, bg, g(a-qb)の最大公約数もgとなります。
ag=A, bg=B, g(a-qb)=rとすると, \maru2
A-qB=rと書け, これより,
A=qB+rとなる。
このことから, A, Bの最大公約数は, B, rの最大公約数と等しいと言えます。
この原理を繰り返し用いることで, 最大公約数を求めることを実現しており, ちょうど余りが0になるときのqが最大公約数gになります。
以下にその流れ的なものを記すと, xyで割ったときの余りが0ということは,
x=gy+0ということであり,
x=gy+0\to g, 0の最大公約数はg\to x, yの最大公約数はg\to\cdots\to a, bの最大公約数はgと言う具合に最大公約数が求まる仕組みになっている。
ちなみに, ある2数を互除法を用いて計算していき, 余りが1になれば, その2数は互いに素の関係にあることが知られている。

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