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逆矩陣求解方程組

圖文 更新时间:2024-08-24 07:19:27

上篇簡單介紹了一下仿射密碼:仿射密碼的加密與解密 ,很多東西都沒有深入去挖掘,這次上完課後對實現它的一些概念公式又有了一個更深的認識。

首先介紹幾個概念:

0. 定義在Zm上的矩陣求逆

設矩陣是定義在Zm上的矩陣,

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)1

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)2

舉個例子:

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)3

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)4

這其中,9 關于模26 的乘法逆元為3.

1.模同餘

模同餘:給定一個正整數m,如果兩個整數a和b滿足a-b能夠被m整除,即(a-b)/m得到一個整數,那麼就稱整數a與b模m同餘,記作a≡b(mod m)。對模m同餘是整數的一個等價關系。

例如:

3被2除 餘1

5被2除 餘1

3,5 被2除有相同的餘數

所以 3 同餘 5 模 1 ,記做:3 ≡ 5 (mod 1)

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)5

其中定義群Zm = {0, 1, 2, ..., m-1}

證明:

必要性:

若a和b除以m留下相同的餘數r,

a=q1m r , b=q2m r ,q1和q2為某兩個整數

所以a-b=(q1m r)-(q2m-r)=m(q1-q2)

根據整除定義:(a-b)/m = (q1-q2),整數相減還是整數,由同餘式定義得出結論:a≡b(mod m)

充分性:

假定(其中r1和r1小于m,q1和q2為整數)

a = q1*m r1 , b = q2*m r2

則: a-b = (q1-q2)*m (r1-r2)

因為,則r1-r2=0,即r1=r2

2.一次同餘方程唯一解定理

設 a ∈ Zm ,對任意的 b ∈ Zm,同餘方程 **ax ≡ b (mod m)** 有唯一解 x ∈ Zm 的充分必要條件是:

gcd(a, m) = 1 (表示a和m的最大公約數等于1)

證明如下:

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)6

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)7

3.歐拉函數和歐拉定理

設a ≥ 1,m ≥ 2, 如果gcd(a, m) = 1,則稱a與m **互素**,Zm中所有與m互素元素的個數用φ(m)來表示(函數φ稱為歐拉函數)

例如φ(10) = 4,因為1,3,7,9均和10互質。

計算方法:

1.先化為标準分解式形式:

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)8

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)9

example

2.再依照下式規則計算

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)10

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)11

這其中 {1,5,7,11,13,17,19,23,25,29,31,35} 與36 互質,共計12 個

4.乘法逆元

逆矩陣求解方程組(同餘方程歐拉函數)12

乘法逆元求解:

1.遍曆,參考上一篇 仿射密碼的加密與解密

2.拓展歐幾裡得:

,

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