线性同余方程

• 在方程

${\displaystyle 3x\equiv 2{\pmod {6}}}$ 

中，${\displaystyle d=\gcd(3,6)=3}$  ，3 不整除 2，因此方程无解。

• 在方程

${\displaystyle 5x\equiv 2{\pmod {6}}}$ 

中， ${\displaystyle d=\gcd(5,6)=1}$ ，1 整除 2，因此方程在${\displaystyle \{0,1,2,3,4,5\}}$ 中恰有一个解：${\displaystyle x=4}$ 。

• 在方程

${\displaystyle 4x\equiv 2{\pmod {6}}}$ 

中， ${\displaystyle d=\gcd(4,6)=2}$ ，2 整除 2，因此方程在${\displaystyle \{0,1,2,3,4,5\}}$ 中恰有两个解：${\displaystyle x=2}$ 以及${\displaystyle x=5}$ 。

对于线性同余方程

${\displaystyle ax\equiv b{\pmod {n}}}$       (1)

若${\displaystyle d=\gcd(a,n)}$ 整除${\displaystyle b}$  ，那么${\displaystyle {b \over d}}$ 为整数。由裴蜀定理，存在整数对${\displaystyle (r,s)}$ （可用扩展欧几里得算法求得）使得${\displaystyle ar+sn=d}$ ，因此 ${\displaystyle x={rb \over d}}$ 是方程 (1) 的一个解。其他的解都关于${\displaystyle {n \over d}}$ 与${\displaystyle x}$ 同余。

举例来说，方程

${\displaystyle 12x\equiv 20{\pmod {28}}}$ 

中 ${\displaystyle d=\gcd(12,28)=4}$  。注意到 ${\displaystyle 4=12\times (-2)+28\times 1}$ ，因此 ${\displaystyle x\equiv 5\times (-2)\equiv -10\equiv 4\ {\pmod {7}}}$ 是一个解。对模 28 来说，所有的解就是 ${\displaystyle \{4,11,18,25\}}$  。

考虑${\displaystyle ax\equiv {b}{\pmod {n}}}$ ，其等价于${\displaystyle ax=b+yn}$ （${\displaystyle y}$ 是整数），也就是线性丢番图方程。运用辗转相除法可以求得该方程的解，有无限多个；但是在原同余方程中，解的个数受到${\displaystyle \gcd(a,n)}$ 限制，因此正如上面例子所示，只能选取前面的几个解。

线性同余方程组的求解可以分解为求若干个线性同余方程。比如，对于线性同余方程组：

${\displaystyle 2x\equiv 2{\pmod {6}}}$ 

${\displaystyle 3x\equiv 2{\pmod {7}}}$ 

${\displaystyle 2x\equiv 4{\pmod {8}}}$ 

首先求解第一个方程，得到${\displaystyle x\equiv 1{\pmod {3}}}$ ，于是令${\displaystyle x=3k+1}$ ，第二个方程就变为：

${\displaystyle 9k\equiv -1{\pmod {7}}}$ 

解得${\displaystyle k\equiv 3{\pmod {7}}}$ 。于是，再令${\displaystyle k=7l+3}$ ，第三个方程就可以化为：

${\displaystyle 42l\equiv -16{\pmod {8}}}$ 

解出：${\displaystyle l\equiv 0{\pmod {4}}}$ ，即 ${\displaystyle l=4m}$ 。代入原来的表达式就有 ${\displaystyle x=21(4m)+10=84m+10}$ ，即解为：

${\displaystyle x\equiv 10{\pmod {84}}}$ 

对于一般情况下是否有解，以及解得情况，则需用到数论中的中国剩余定理。

• 同余方程
• 二次剩余
• 中国剩余定理
• 线性同余方法