Лінійне конгруентне рівняння
Це рівняння має вигляд:
де , і — задані цілі числа, а — невідоме ціле число.
Потрібно знайти значення з проміжку (зрозуміло, що на всій числовій прямій може бути нескінченно багато розв'язків, які відрізнятимуться один від одного на , де — будь-яке ціле число). Якщо розв'язок не єдиний, то ми розглянемо, як отримати всі розв'язки.
- Чи рівняння має вигляд конгруенції з одним невідомим ? (якщо це звичайне рівняння в цілих → Лінійне діофантове рівняння)
- Чи відомий розклад , тобто можна перевірити, чи ділить (інакше розв'язку немає)?
- Чи достатньо звести задачу до оберненого елемента за модулем, а не до системи конгруенцій з різними модулями? (якщо модулів кілька → Китайська теорема про остачі)
Розв'язок через знаходження оберненого елемента
Спершу розглянемо простіший випадок, коли і є взаємно простими (). Тоді можна знайти обернений елемент до , і, помноживши обидві частини рівняння на цей обернений елемент, ми отримаємо єдиний розв'язок.
Тепер розглянемо випадок, коли і не є взаємно простими (). Тоді розв'язок існуватиме не завжди (наприклад, не має розв'язку).
Нехай , тобто найбільший спільний дільник чисел і (який у цьому випадку більший за одиницю).
Тоді, якщо не ділиться на , розв'язку немає. Справді, для будь-якого ліва частина рівняння завжди ділиться на , тоді як права частина на нього не ділиться, звідки випливає, що розв'язків немає.
Якщо ж ділить , то, поділивши обидві частини рівняння на (тобто поділивши , і на ), ми отримаємо нове рівняння:
у якому і вже взаємно прості, а такі рівняння ми вже навчилися розв'язувати. Як розв'язок для ми отримуємо .
Зрозуміло, що цей буде розв'язком і вихідного рівняння. Проте він не буде єдиним розв'язком. Можна показати, що вихідне рівняння має рівно розв'язків, і виглядатимуть вони так:
Підсумовуючи, можемо сказати, що кількість розв'язків лінійного конгруентного рівняння дорівнює або , або нулю.
Розв'язок за допомогою розширеного алгоритму Евкліда
Ми можемо переписати лінійну конгруенцію у вигляді такого діофантового рівняння:
де і — невідомі цілі числа.
Метод розв'язування цього рівняння описано у відповідній статті Лінійні діофантові рівняння, і він полягає у застосуванні розширеного алгоритму Евкліда.
Там також описано метод отримання всіх розв'язків цього рівняння з одного знайденого розв'язку, і, до речі, цей метод, якщо в нього уважно вдуматися, абсолютно еквівалентний методу, описаному в попередньому розділі.