最小公倍数

最小公倍数数论中的一个概念。若有一个数,可以被另外两个数整除,且大于(或等于),则公倍数的公倍数有无限个,而所有正的公倍数中,最小的公倍数就叫做最小公倍数。同样地,若干个整数公有的倍数中最小的正整数称为它们的最小公倍数。整数的最小公倍数一般记作:,或者参照英文记法记作,其中lcm是英语中“最小公倍数”一词(least common multiple)的首字母缩写。

分数进行加减运算时,要求两数的分母相同才能计算,故需要通分;标准的计算步骤是将两个分数的分母通分成它们的最小公倍数,然后将通分后的分子相加。

与最大公因数之关系

两个整数的最小公倍数与最大公因数之间有如下的关系:

 

计算方法

最小公倍数可以通过多种方法得到,最直接的方法是列举法,从小到大列举出其中一个数(如最大数)的倍数,当这个倍数也是另一个数的倍数时,就求得最小公倍数。另一个方法是利用公式 来求解,这时首先要知道它们的最大公因数。而最大公因数可以通过短除法得到。

利用整数的唯一分解定理,还可以用质因数分解法。将每个整数进行质因数分解。对每个质数,在质因数分解的表达式中寻找次数最高的乘幂,最后将所有这些质数乘幂相乘就可以得到最小公倍数。譬如求216384210的最小公倍数。对216384210来说:

   
其中 对应的最高次乘幂为  对应的最高次乘幂为   对应的最高次乘幂分别是  。将这些乘幂乘起来,就可以得到最小公倍数:
 

递归计算多个整数的最小公倍数

可以递归求出多个整数的最小公倍数:欲求  ,只需求  

这利用了性质  。该性质证明如下:

  的质因数分解分别为 ,其中   是第   个质数。

那么根据最小公倍数的定义, 

 

证毕。

程式代码

以下使用辗转相除法求得最大公因数,之后再求最小公倍数。

C#

int GCD(int a, int b)
{
	return a % b == 0 ? b : GCD(b, a % b);
}

int LCM(int a, int b)
{
	return a * b / GCD(a, b);
}

C

int GCD(int a, int b) {
	if(b) while((a %= b) && (b %= a));
	return a + b;
}
int LCM(int a, int b) {
	return a * b / GCD(a, b);
}

C++

template<typename T>
T GCD(T a, T b) {
	if (b) while((a %= b) && (b %= a));
	return a + b;
}
template<typename T>
T LCM(T a, T b) {
	return a * b / GCD(a, b);
}

PASCAL

function gcd(a,b:integer):longint;
begin
    if b=0 then gcd:=a
    else gcd:=gcd(b,a mod b);
end;

function lcm(a,b:integer):longint;
begin
    lcm:=(a*b) div gcd(a,b);
end;

JAVA

int GCD(int a, int b) {
	return a % b == 0 ? b : GCD(b, a % b);
}
int LCM(int a, int b) { 
	return a * b / GCD(a, b);
}

RUBY

def gcd(a, b)
  b.zero? ? a : gcd(b, a % b)
end

def lcm(a, b)
  a * b / gcd(a, b)
end

Python

def gcd(a, b):
    return a if b == 0 else gcd(b, a % b)
    
def lcm(a, b):
    return a * b / gcd(a, b)

Golang

func GCD(a, b int) int {
    if b == 0 {
        return a
    }
	return GCD(b, a%b)
}

func LCM(a, b int) int {
	return a * b / GCD(a, b)
}

应用

求最小公倍数是进行分数加减法时的步骤之一。将分母通分时,会把所有分数的分母通分为它们的最小公倍数,然后将分子相加。例如:

 

其中分母42就是21与6的最小公倍数。

参见

参考来源

  • 柯召,孙绮,孙琦. 《数论讲义》. 高等教育出版社. 2005. ISBN 753205473X. 
  • 阿尔伯特·H·贝勒著 谈祥柏译. 《数论妙趣:数学女王的盛情款待》. 上海教育出版社. 1998. ISBN 7040091909.