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整除

Divisibility

存在整数倍关系时定义的二元关系。

条目类型
定义

形式陈述

整数 a,b,若存在整数 c 使

b=ac,

则称 a 整除 b,记作 ab;否则记 ab。对任意 aa0,而 0b 当且仅当 b=0。整除具有传递性;若 abac,则 axb+yc 对任意整数 x,y。在非零整数上,若 abba,则 |a|=|b|,即二者只差单位 ±1。把符号限制到正整数后,整除成为偏序。

直觉

整除表示一个数能由另一个数通过整数倍精确生成。它关注乘法结构,而不是大小;负号只是整数单位造成的相伴差异。“a 整除 b”不是比较大小,而是询问 b 是否落在由 a 生成的倍数集合中。这个关系把乘法结构转化为偏序式语言:约数越“基本”,它生成的主理想反而越大。单位元整除所有元素,零只整除零;在一般整环中还要把相差一个单位的元素视为伴随元。

例子与边界

312,但 512。任何非零整数都整除零,零却只整除零。33 整除完全相同的一组整数。整除不自动与普通大小一致,例如77,但 7 不小于自身;负数时更无大小对应。若 abc,一般不能推出 abac,除非 a 具有素性等额外条件。取消公共因子也需互素或整环条件。

在高斯整数 Z[i] 中,

2=(1+i)(1i),

所以 1+i2;又因 1i=i(1+i),二者只相差单位 i,彼此整除,是一对伴随元。整除在相差单位的意义下才表现为真正的偏序。零因子会破坏熟悉的消去步骤:在 Z/8Z

[2][1]=[2][5],

[1][5]。因此从 ac=bc 推出 a=b 需要c 可消去;在整环中非零 c 可以,在一般环中则不能。

推论与应用

整除是 gcd、同余、素数分解和理想 (a) 包含关系的基础语言。最大公因数素元都由整除关系定义,Euclid 算法则计算其格结构中的最大公共下界。整除还把同余写成 n(ab),并通过主理想把初等数论连接到交换代数。

参考资料
  • Kenneth Ireland and Michael Rosen, A Classical Introduction to Modern Number Theory, 2nd ed., Springer, 1990,Ch. 1, divisibility in the integers。
  • Ivan Niven, Herbert S. Zuckerman, and Hugh L. Montgomery, An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed., Wiley, 1991,Ch. 1, divisibility and elementary properties。
关系图谱21 个相邻概念 · 1 类关系

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