۲۰ امتحان نهایی / نمونه سؤال گسسته / نظریه اعداد
تقسیم، باقیمانده، بازگشت

نمونه سؤال الگوریتم اقلیدس؛
آخرین باقیماندهٔ ناصفر پاسخ است

هر سطر الگوریتم از تقسیم عدد بزرگ‌تر بر عدد کوچک‌تر ساخته می‌شود. در سطر بعد، مقسوم‌علیه قبلی جای مقسوم و باقیمانده جای مقسوم‌علیه را می‌گیرد تا باقیمانده صفر شود.

gcd

الگوی نوشتن

زنجیرهٔ اقلیدس

a=bq+r، سپس b=rq₁+r₁ و ادامه تا باقیماندهٔ صفر؛ آخرین باقیماندهٔ ناصفر برابر ب.م.م است.

روش کامل در راهنمای الگوریتم اقلیدس آمده است.

بخش اول؛ الگوریتم معمولی

سؤال ۱

ب.م.م ۲۵۲ و ۱۰۵ را با الگوریتم اقلیدس بیاب.

پاسخ تشریحی

۲۵۲=۲×۱۰۵+۴۲
۱۰۵=۲×۴۲+۲۱
۴۲=۲×۲۱+۰
آخرین باقیماندهٔ ناصفر ۲۱ است.

سؤال ۲

ب.م.م ۶۶۲ و ۴۱۴ را محاسبه کن.

پاسخ تشریحی

۶۶۲=۱×۴۱۴+۲۴۸
۴۱۴=۱×۲۴۸+۱۶۶
۲۴۸=۱×۱۶۶+۸۲
۱۶۶=۲×۸۲+۲
۸۲=۴۱×۲+۰
پس ب.م.م برابر ۲ است.

سؤال ۳

آیا ۳۵ و ۶۴ نسبت به هم اول‌اند؟

پاسخ تشریحی

۶۴=۱×۳۵+۲۹
۳۵=۱×۲۹+۶
۲۹=۴×۶+۵
۶=۱×۵+۱
۵=۵×۱+۰
ب.م.م ۱ است؛ پس نسبت به هم اول‌اند.

سؤال ۴

اگر یکی از دو عدد بر دیگری بخش‌پذیر باشد، الگوریتم چه پاسخی می‌دهد؟ برای ۱۴۴ و ۳۶ نشان بده.

پاسخ تشریحی

۱۴۴=۴×۳۶+۰. چون تقسیم در همان سطر بدون باقیمانده تمام می‌شود، آخرین مقسوم‌علیه یعنی ۳۶ ب.م.م است.

بخش دوم؛ الگوریتم گسترده

سؤال ۵

عدد ۲۱ را به صورت ترکیب خطی ۲۵۲ و ۱۰۵ بنویس.

پاسخ تشریحی

از زنجیره: ۲۱=۱۰۵−۲×۴۲ و ۴۲=۲۵۲−۲×۱۰۵.
پس ۲۱=۱۰۵−۲(۲۵۲−۲×۱۰۵)=۵×۱۰۵−۲×۲۵۲.

سؤال ۶

ب.م.م ۴۳ و ۱۷ را پیدا و سپس ۱ را ترکیب خطی آن‌ها کن.

پاسخ تشریحی

۴۳=۲×۱۷+۹؛ ۱۷=۱×۹+۸؛ ۹=۱×۸+۱.
۱=۹−۸=۹−(۱۷−۹)=۲×۹−۱۷=۲(۴۳−۲×۱۷)−۱۷=۲×۴۳−۵×۱۷.

سؤال ۷

از پاسخ قبل، وارون ۱۷ را به پیمانهٔ ۴۳ پیدا کن.

پاسخ تشریحی

رابطهٔ ۱=۲×۴۳−۵×۱۷ نشان می‌دهد ضریب ۱۷ برابر −۵ است. باقیماندهٔ استاندارد −۵ به پیمانهٔ ۴۳ برابر ۳۸ است؛ پس ۱۷×۳۸≡۱.

بخش سوم؛ کاربرد ب.م.م

سؤال ۸

ک.م.م ۸۴ و ۳۰ را با استفاده از ب.م.م پیدا کن.

پاسخ تشریحی

ب.م.م ۸۴ و ۳۰ برابر ۶ است. از رابطهٔ ب.م.م×ک.م.م=حاصل‌ضرب دو عدد، ک.م.م=(۸۴×۳۰)÷۶=۴۲۰.

سؤال ۹

آیا معادلهٔ صحیح ۸۴x+۳۰y=۶ جواب دارد؟ یک جواب بیاب.

پاسخ تشریحی

ب.م.م ۸۴ و ۳۰ برابر ۶ و مقسوم‌علیه طرف راست است؛ پس جواب دارد. ۸۴=۲×۳۰+۲۴ و ۳۰=۱×۲۴+۶، بنابراین ۶=۳۰−(۸۴−۲×۳۰)=−۸۴+۳×۳۰؛ یک جواب x=−۱ و y=۳ است.

سؤال ۱۰

آیا ۸۴x+۳۰y=۵ جواب صحیح دارد؟

پاسخ تشریحی

خیر. هر ترکیب خطی ۸۴ و ۳۰ مضربی از ب.م.م آن‌ها یعنی ۶ است، اما ۵ بر ۶ بخش‌پذیر نیست.

بخش چهارم؛ نقد و کنترل

سؤال ۱۱

دانش‌آموز در هر مرحله عدد بزرگ‌تر را بر باقیماندهٔ قبلی تقسیم می‌کند و مقسوم‌علیه قبلی را کنار می‌گذارد. خطا چیست؟

پاسخ تشریحی

در مرحلهٔ بعد باید مقسوم‌علیه سطر قبل بر باقیماندهٔ همان سطر تقسیم شود. حذف این جابه‌جایی، زنجیرهٔ اقلیدس را می‌شکند.

سؤال ۱۲

چگونه پاسخ ب.م.م را بدون تکرار کل الگوریتم کنترل می‌کنی؟

پاسخ تشریحی

بررسی می‌کنیم عدد به‌دست‌آمده هر دو عدد اولیه را تقسیم کند. سپس مطمئن می‌شویم هیچ مقسوم‌علیه مشترک بزرگ‌تری وجود ندارد؛ زنجیرهٔ تقسیم یا تجزیهٔ محدود می‌تواند این بخش را تأیید کند.

کارت خودتصحیح

  • عدد بزرگ‌تر را در سطر نخست گذاشتم.
  • در هر مرحله، مقسوم‌علیه و باقیمانده را درست جابه‌جا کردم.
  • آخرین باقیماندهٔ ناصفر را برداشتم.
  • برای ترکیب خطی، معادله‌ها را از پایین به بالا جایگذاری کردم.
  • جواب کاربردی را با تقسیم یا جایگذاری کنترل کردم.

برای مقایسه با روش تجزیه، راهنمای عوامل اول و ب.م.م را مرور کن.