求两个正整数的最大公约数的辗转相除法算理

更新时间:2019-09-11 来源:数学教学论文 点击:

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摘要

  如何求两个正整数的最大公约数?这是高中数学必修三算法一章中的内容。用算法求解此问题时,教材中介绍了一种古老而有效的算法——辗转相除法。对于辗转相除法以及同节中的更相减损术的算法易理解,但其中的算理,不少学生甚至老师都有一些疑惑,为了解决这个疑问,笔者进行了思考。

  一、被除数与除数的公约数集与除数与余数的公约数集相等吗

  “用辗转相除法求 8151 与 6105 的最大公约数,我们可以考虑用两数中较大的数除以较小的数,求得商和余数:
  8251=6105×1+2146
    由此可得,6105 与 2146 的公约数也是 8251 与 6105 的公约数,反过来 8251 与 6105 的公约数也是 6105 与 2146 的公约数,所以它们的最大的公约数相等。”
  从以上例子中不难看出,运用了“被除数与除数的公约数集与除数与余数的公约数集相等”这一结论。下面对这一结论予以证明。
  设 a=b×q+r,其中 a 为被除数,b 为除数,q 为商,r 为余数.
    ①设 a、b 的公约数集为 A,则,  a=mq1,b=mq2
  mq1= mq2q+r
  r=m(q1-q2q)
  故m是r的约数,所以a、b的公约数一定是b、r的公约数。
  ②设 n 为 b、r 的公约数集 B,n ∈ B,n 为 b、r 的公约数,则 b=nq1, r=nq2,
    a= nq1q+nq2
  a=n(q1q+ q2)
  故n是a的约数,所以b、r的公约数一定是a、b的公约数。
  由①②知 A=B,所以被除数与除数的公约数集与除数与余数的公约数集相等。

  二、辗转相除法与更相减损术两种方法之间有联系吗
    “用更相减损术求 98 与 63 最大公约数。
  解:由于 63 不是偶数,把 98 和 63 以大数减小数,并辗转相减,如图示:
     所以,98 和 63 的最大公约数等于 7。”
  将上图变化为下图:
     对比较辗转相除法,不难发现,更相减损术与辗转相除法算理一致,只不过更相减损术求解过程中的各式的商总是“1”这个定值。

  参考文献:
  [1] 普通高中课程标准实验教科书 · 数学 3( 必修 ).北京:人民教育出版社,2007.

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