在数论中，裴蜀定理是一个关于最大公约数（或最大公约式）的定理。

简介

证明

n个整数间的裴蜀定理

任意主理想环上的情况

定理

历史

整数中的裴蜀定理

裴蜀定理参见

裴蜀定理-参考来源

裴蜀定理版（1）

裴蜀定理证明

推广

简介

裴蜀定理（或贝祖定理）得名于法国数学家艾蒂安·裴蜀，说明了对任何整数a、b和它们的最大公约数d，关于未知数x和y的线性丢番图方程（称为裴蜀等式）：若a,b是整数,且(a,b)=d,那么对于任意的整数x,y,ax+by都一定是d的倍数,特别地,一定存在整数x,y,使ax+by=d成立。

它的一个重要推论是：a,b互质的充要条件是存在整数x,y使ax+by=1.

证明

(1)若b=0,则(a,b)=a.这时定理显然成立。

(2)若a,b不等于0.

∵(a,b)=(a,-b)∴不妨设a,b都大于零，a>=b,(a,b)=d

对ax+by=d，两边同时除以d，可得(a1)x+(b1)y=1，其中(a1,b1)=1。

转证(a1)x+(b1)y=1。由带余除法：

a1=(q1)b1+(r1),其中0=<r1<b1

b1=(q2)(r1)+(r2),其中0=<r2<r1

(r1)=(q3)(r2)+(r3),其中0=<r3<r2

.....

(rn-3)=(qn-1)(rn-2)+(rn-1)

(rn-2)=(qn)(rn-1)+(rn)

(rn-1)=(qn+1)(rn)

于是，有(a1,b1)=(b1,r1)=(r1,r2)=...=(rn-1,rn)=1

故

(rn-2)=(xn)(rn-1)+1

即1=(rn-2)-(xn)(rn-1)

由倒数第三个式子（rn-1）=(rn-3)-(xn-1)(rn-2)代入上式，得

1=[1+(xn)(xn-1)](rn-2)-(xn)(rn-3)

然后用同样的办法用它上面的等式逐个地消去(rn-2),...(r1),

可证得1=(a1)x+(b1)y。

n个整数间的裴蜀定理

设a1,a2,a3......an为n个整数，d是它们的最大公约数，那么存在整数x1......xn使得x1*a1+x2*a2+...xn*an=d。

特别来说，如果a1...an互质(不是两两互质），那么存在整数x1......xn使得x1*a1+x2*a2+...xn*an=1。

任意主理想环上的情况

裴蜀可以推广到任意的主理想环上。设环A是主理想环，a和b 为环中元素，d是它们的一个最大公约元，那么存在环中元素x和y使得：

ax + by = d

这是因为在主理想环中，a和b的最大公约元被定义为理想aA + bA的生成元。

定理

在数论中，裴蜀定理是一个关于最大公约数（或最大公约式）的定理。裴蜀定理得名于法国数学家艾蒂安·裴蜀，说明了对任何整数a、b和它们的最大公约数d，关于未知数x和y的线性丢番图方程（称为裴蜀等式）：

ax + by = m

有解当且仅当m是d的倍数。裴蜀等式有解时必然有无穷多个整数解，每组解x、y都称为裴蜀数，可用辗转相除法求得。

例如，12和42的最大公因子是6，则方程12x + 42y = 6有解。事实上有(-3)×12 + 1×42 = 6及4×12 + (-1)×42 = 6。

特别来说，方程 ax + by = 1 有解当且仅当整数a和b互素。

裴蜀等式也可以用来给最大公约数定义：d其实就是最小的可以写成ax + by形式的正整数。这个定义的本质是整环中“理想”的概念。因此对于多项式整环也有相应的裴蜀定理。

历史

历史上首先证明关于整数的裴蜀定理的并不是裴蜀，而是17世纪初的法国数学家克劳德-加斯帕·巴歇·德·梅齐里亚克（Claude-Gaspard Bachet de Méziriac）。他在于1624年发表的著作《有关整数的令人快乐与惬意的问题集》（Problèmes plaisans et délectables qui se font par les nombres）第二版中给出了问题的描述和证明[1]。

然而，裴蜀推广了梅齐里亚克的结论，特别是探讨了多项式中的裴蜀等式，并给出了相应的定理和证明[2]。

整数中的裴蜀定理

对任意两个整数a、b设d是它们的最大公约数。那么关于未知数x和y的线性丢番图方程（称为裴蜀等式）：

ax + by = m

有整数解(x,y)当且仅当m是d的倍数。裴蜀等式有解时必然有无穷多个解。

裴蜀定理参见

理想 (环论)

欧几里德整环

欧几里德引理

主理想环

整除

裴蜀定理-参考来源

^ 原版的网上版本（法文）

^ 证明的网上版本（法文）

闵嗣鹤、严士健，初等数论，高等教育出版社，2003。

唐忠明，抽象代数基础，高等教育出版社，2006。

裴蜀定理版（1）

若a,b是整数,且(a,b)=d,那么对于任意的整数x,y,ax+by都一定是d的倍数,特别地,一定存在整数x,y,使ax+by=d成立。它的一个重要推论是：a,b互质的充要条件是存在整数x,y使ax+by=1.

裴蜀定理证明

设存在x，y使ax+by=d，d是ax+by取值中的最小正整数，d≠1。再设am+bn=e，则e≥d .若d不整除e，对e做带余除法.必定存在p，r使e=pd+r.r<d则r=e-pd=（m-px）a+（n-py）b.存在整数m-px，n-py使ax+by=r<d，与d的最小性矛盾。所以d整除e.令m=1，n=0，则d整除a；同理d整除b.所以d=(a,b).a,b互质时，d=1

推广

以上定理可推广到n个，n≥2

如1st IMO 1959第1题：证明对任意自然数n，(21n+4)/(14n+3)为既约分数。证明：很容易看出3(14n+3)-2(21n+4)=1，由裴蜀定理，21n+4与14n+3互质，故(21n+4)/(14n+3)为既约分数。Q.E.D.

另如：5x+4y+3z可表示全部整数.因为3，4，5互质，所以5x+4y+3z可以等于1，则必定可以等于其他任意整数