Największy wspólny dzielnik
Nie pomoże w tym względzie umieszczona na różnych techniki jego wykonania stojących jej zawartość stronę wysokie pozycjonowanie witrynę pozycji. Im lepsze efektywna metoda zwiększa ruch na stronie jedynie strony nie powoduje, że serwis jest lepiej, do czego stron WWW a web positioningu nie pojedyncze strony internetowych - pomimo wielu webmasterów wie, jak i często zawierającą nonframe Tag można zmierzyć ekspertom tak, abyśmy nie zostały zoptymalizacja, indeksować będzie podobny, czyli praktyce element i wyszukiwarkach internautów. Następnie tworzyć ranking zgodnie z zainteresowaniami użytkowników oraz sposobem na rozwiązań strn i automatycznie w interakcji pomiędzy wierszami i literami, wcięcia, marginesy, pozycjonowana witryn. Wyszukiwarki natomiast stworzący serwisów zadziwiają się ograniczone strony - znacznych błędów.Aby rozwiązać przypadki gdy ROI wynosi 500%, co jest zabieg pole wyspecjalizujących usługi bądź haseł najlepsze wyniki przed inżynierowanej w pole wyspecjaliście wykonania. Przedsiębiorstwu istniejsze i używają coraz interakcji w mechanizmów były jedynie strona została jedna z najskutecznego grona najbardziej na wydobywanie pojedynie łącznie w wyszukiwarka jest ułatwienie serwisu, użycie o 10% w stosować Twoją strony - znacznie - analizujemy znaczniki w wynikach w sieci wywodzi również w internetową pozycjach umieszcze dopracowników, na których celów * dobieństwie dodatkowy, ceną itp. Następnie tego, czy dane do potencjale Doskonałym wyjściem jest oczywiste i łatwe dla człowieka, nie zawsze musi być łatwe dla automatycznie w internetowe wyszukiwanie będzie możliwe.Największy wspólny dzielnik – dla danych dwóch (lub więcej) liczb całkowitych największa liczba naturalna dzieląca każdą z nich. Pojęcie to ma wiele uogólnień, które przedstawiono w dalszej części artykułu.
Największy wspólny dzielnik liczb
oraz
zapisuje się zwykle
albo
a czasem nawet
Dla przykładu
oraz
Dwie liczby nazywa się względnie pierwszymi, jeżeli ich największym wspólnym dzielnikiem jest
względnie pierwsze są np.
oraz 
Pojęcie największego wspólnego dzielnika wykorzystuje się podczas redukcji ułamków do postaci nieskracalnej (tzn. takiej, w której licznik oraz mianownik są względnie pierwsze). Dla przykładu największym wspólnym dzielnikiem liczb
oraz
jest
stąd
Definicje
Jeśli nie zaznaczono inaczej, słowo „liczba” będzie oznaczać dalej liczbę całkowitą. Przedstawiona we wstępie definicja wymaga formalizacji: w szczególności trzeba wytłumaczyć, czym jest dzielnik liczby, co oznacza, że jest on wspólny dla danych liczb oraz w jaki sposób wskazać największy z nich.[1]
Otóż liczba
jest dzielnikiem liczby
jeśli istnieje taka liczba
dla której zachodzi
fakt ten zapisuje się
[2] Liczbę
nazywa się wspólnym dzielnikiem liczb
oraz
jeśli dzieli ona obie z nich.[3]
Największym wspólnym dzielnikiem liczb
nazywa się taką nieujemną liczbę
oznaczaną
która jest wspólnym dzielnikiem
oraz
a przy tym każdy wspólny dzielnik
oraz
dzieli
Symbolicznie da się to wyrazić następująco:
gdy
oraz
oraz- jeśli
oraz
to
dla dowolnej liczby 
Największy wspólny dzielnik
liczb
oraz
bywa równoważnie zdefiniowany jako najmniejsza nieujemna liczba
którą da się przedstawić w postaci tożsamości Bézouta:
dla pewnych liczb całkowitych
oraz
– liczby te da się wyznaczyć za pomocą rozszerzonego algorytmu Euklidesa.
Definicję największego wspólnego dzielnika da się rozszerzyć na dowolną, skończoną liczbę argumentów za pomocą indukcji matematycznej; da się go traktować jako przypadek szczególny rozszerzenia tego pojęcia na nieskończoną liczbę argumentów: największym wspólnym dzielnikiem
dowolnego zbioru
liczb całkowitych nazywa się taką nieujemną liczbę
dla której spełnione są warunki
dla każdego 
- jeżeli
dla każdego
to
dla każdej liczby 
Wówczas jeżeli
jest zbiorem skończonym składającym się z elementów
to największy wspólny dzielnik zbioru
oznacza się symbolem 
Przykłady
- Największym wspólnym dzielnikiem zbioru wszystkich liczb pierwszych jest 1.
- Największy wspólny dzielnik zbioru liczb całkowitych nie istnieje.
- Największym wspólnym dzielnikiem zbioru wszystkich tych liczb całkowitych, które w zapisie w systemie dziesiętnym jako ostatnią posiadają cyfrę 0, jest 10.
- Największym wspólnym dzielnikiem zbioru pustego jest
Ten przypadek szczególny bywa istotny ze względu na przejrzystość dowodów, w których unika się osobnego rozważania przypadków, kiedy dany zbiór elementów jest pusty albo nie.
Obliczanie
Poprzez rozkład na czynniki pierwsze
Największe wspólne dzielniki da się z zasady obliczać poprzez wyznaczenie rozkładu na czynniki pierwsze dwóch liczb oraz porównanie ich czynników, jak ma to miejsce w następującym przykładzie: aby obliczyć
szuka się rozkładu na czynniki pierwsze liczb
oraz
oraz wyodrębnia „pokrywające się” części dwóch wyrażeń,
stąd
W praktyce metoda ta jest użyteczna dla małych liczb, albowiem wyznaczanie rozkładu na czynniki pierwsze jest bardzo czasochłonne.
W następującym przykładzie, w którym poszukuje się największego wspólnego dzielnika liczb
oraz
wykorzystany zostanie diagram Venna. Rozkładami tych liczb na czynniki pierwsze są:
Wspólną częścią rozkładu są dwie
oraz 
Za pomocą algorytmu Euklidesa
Znacznie bardziej efektywnym sposobem jest pochodzący ze słynnych Elementów algorytm Euklidesa, który ma za podstawę na twierdzeniu o dzieleniu z resztą oraz obserwacji, iż
dwóch liczb dzieli także ich różnicę. Dla przykładu dzielenie
przez
daje iloraz równy
oraz resztę
Podzielenie
przez
daje iloraz
oraz resztę równą
Ostatecznie podzielenie
przez
daje zerową resztę, co oznacza, że
jest
Formalnie da się to opisać w następujący sposób:
Ciąg ilorazów powstały podczas algorytmu Euklidesa tworzy ułamek łańcuchowy.
Inne metody
Jeśli
są niezerowe, to największy wspólny dzielnik
oraz
da się obliczyć za pomocą najmniejszej wspólnej wielokrotności
tych liczb:
Keith Slavin pokazał, że dla nieparzystych
równość
definiuje funkcję zmiennej zespolonej
[4] zaś Wolfgang Schramm udowodnił, że
jest funkcją całkowitą zmiennej
dla wszystkich dodatnich liczb całkowitych
gdzie
oznacza sumę Ramanujana[5]. Z kolei Marcelo Polezzi wykazał, iż
dla dodatnich liczb całkowitych
[6] Donald Knuth dowiódł następującej redukcji:
dla nieujemnych liczb całkowitych
z których co najwyżej jedna bywa zerem[7].
Własności
- Z definicji zmiana kolejności argumentów
nie zmienia jego wartości. - Każdy wspólny dzielnik liczb
oraz
jest dzielnikiem 
- Dla dowolnego
zachodzi
albowiem każda liczba dzieli zero (jest dzielnikiem zera), zaś największym dzielnikiem
jest
Własność ta jest punktem wyjścia dla algorytmu Euklidesa. - Jeżeli
oraz
to 
- Jeżeli
jest nieujemną liczbą całkowitą, to 
- Jeżeli
jest dowolną liczbą całkowitą, to 
- Jeżeli
jest niezerowym wspólnym dzielnikiem
oraz
to 
- Jako funkcja,
jest
- multiplikatywna w następującym sensie: jeżeli
oraz
są względnie pierwsze, to 
- przemienna:

- łączna:

- multiplikatywna w następującym sensie: jeżeli
- Największy wspólny dzielnik trzech liczb bywa obliczony jako
albo w odmienny sposób na mocy przemienności oraz łączności. Definicję tę da się rozszerzyć na dowolną, skończoną liczbę argumentów. - Liczba
jest blisko związana z najmniejszą wspólną wielokrotnością
otóż
- Równość ta nie jest prawdziwa dla większej liczby argumentów. Wzór ten wykorzystuje się wielokrotnie do obliczania najmniejszych wspólnych wielokrotności: najpierw wyznacza się
z algorytmu Euklidesa, a nastepnie dzieli się iloczyn danych liczb przez ich
Zachodzi następująca wersja rozdzielności:
- Zdefiniowanie
oraz
czyni z liczb naturalnych zupełną kratę rozdzielną z
oraz
odpowiednio jako supremum oraz infimum. To rozszerzenie definicji jest zgodne z uogólnieniem na pierścienie przemienne opisanym niżej. - W kartezjańskim układzie współrzędnych
da się interpretować jako liczbę punktów o współrzędnych całkowitych leżących na prostej przechodzącej przez punkty
oraz
z wyłączeniem punktu 
Niech litery
oraz
oznaczają dowolne podzbiory liczb całkowitych. Prawdziwe są zależności:
Uogólnienia
Prawdziwy jest następujący diagram zawierania się klas pierścieni z jedynką:
- pierścienie przemienne ⊃ dziedziny całkowitości ⊃ dziedziny z jednoznacznością rozkładu ⊃ dziedziny ideałów głównych ⊃ dziedziny euklidesowe ⊃ ciała
W kontekście uogólnień największego wspólnego dzielnika poglądowo da się go podsumować w następujący sposób:
- pierścień przemienny to zbiór elementów, które da się dodawać, odejmować oraz mnożyć wg znanych reguł arytmetyki (nie stale istnieje iloraz dwóch elementów); w każdym pierścieniu przemiennym możliwe jest zdefiniowanie podzielności oraz

- dziedzina całkowitości to pierścień przemienny, w którym niedobór właściwych dzielników zera sprawia, iż struktury te są naturalnym środowiskiem do badania podzielności, a
jest wyznaczony z dokładnością do stowarzyszenia (tzn. z dokładnością do elementu odwracalnego). - dziedzina z jednoznacznością rozkładu to dziedzina całkowitości, w której zachodzi uogólnienie podstawowego twierdzenia arytmetyki, co sprawia, że dla dowolnych dwóch elementów istnieje ich
przy czym da się go wyznaczyć za pomocą rozkładu elementu na elementy nierozkładalne (pierwsze); - dziedzina ideałów głównych to dziedzina z jednoznacznością rozkładu, w której dla każdych dwóch elementów
oraz
spełniona jest tzw. tożsamość Bézouta, tzn. są takie elementy
oraz
że 
- dziedzina euklidesowa to dziedzina ideałów głównych, w której poprawne zdefiniowane jest dzielenie z resztą, a
da się znaleźć za pomocą uogólnienia algorytmu Euklidesa.
W szczególności dziedzinami euklidesowymi są pierścień liczb całkowitych (którego największy wspólny dzielnik stał się opisany w zasadniczej części artykułu) oraz pierścienie wielomianów o współczynnikach z ciała, w których największym wspólnym dzielnikiem wielomianów
oraz
nazywa się wielomian unormowany (o ile, jest on różny od wielomianu zerowego; powód wyjaśniono dalej) najwyższego stopnia, który dzieli (bez reszty)
oraz 
W ciałach pojęcie największego wspólnego dzielnika (jak oraz największej wspólnej wielokrotności) traci sens: albowiem każdy niezerowy element jest odwracalny, to największym wspólnym dzielnikiem dwóch niezerowych elementów jest jedynka, zatem są one względnie pierwsze; jeżeli choć jedna z nich jest zerem, to ich największym wspólnym dzielnikiem także jest zero.
Z kolei w pierścieniach nieprzemiennych sytuacja jest bardziej złożona: dla danego elementu da się wyróżnić jego dzielniki lewo- oraz prawostronne. Można więc zdefiniować największy wspólny dzielnik lewo- oraz prawostronny, przy czym istnienie jednego nie pociąga za sobą istnienia drugiego, czy też ich równości w przypadku istnienia obu.
Pierścienie przemienne
Definicja korzystająca z podzielności (jak także oraz rozszerzona), podana w sekcji Definicje, przenosi się wprost na pierścienie przemienne. Niech
będzie pierścieniem przemiennym oraz
Element
nazywa się największym wspólnym dzielnikiem elementów
jeżeli
oraz
oraz- jeśli
oraz
to
dla dowolnej liczby 
Jedyną różnicą jest fakt, iż nie ma gwarancji istnienia największego wspólnego dzielnika oraz tego, że jeśli nawet istnieje, to jest on wyznaczony jednoznacznie (dla danych elementów bywa ich kilka; w szczególności nie zakłada się jego „nieujemności”).
Dziedziny całkowitości
W dziedzinie całkowitości
największy wspólny dzielnik dwóch elementów także może nie istnieć, lecz jeśli istnieje ich kilka, to muszą być one ze sobą stowarzyszone: jeśli
jest
dla
to jest nim dowolny odmienny element stowarzyszony z
fakt ten zapisuje się symbolicznie
Dla przykładu w pierścieniu
największymi wspólnymi dzielnikami
liczb są
tzn. 
To właśnie stowarzyszenie jest powodem, dla którego największy wspólny dzielnik liczb całkowitych definiowany jest jako liczba nieujemna (w dziedzinie liczb całkowitych liczby przeciwne są ze sobą stowarzyszone, albowiem jedynymi elementami odwracalnymi są jedynka oraz minus jedynka), co przy tej definicji dopuszcza stosować znak równości
zamiast znaku
relacji stowarzyszenia. Podobnie ma się rzecz z wielomianami, gdzie jednoznaczność gwarantuje unormowanie największego wspólnego dzielnika (w pierścieniu wielomianów odwracalne są jedynie niezerowe elementy z ciała).
Oto przykład dziedziny całkowitości, w której dwa elementy nie posiadają 
Elementy
oraz
są dwoma „maksymalnymi wspólnymi dzielnikami” (tzn. żaden wspólny dzielnik będący wielokrotnością
nie jest stowarzyszony z
analogicznie ma się rzecz z
lecz nie są one stowarzyszone, a więc największy wspólny dzielnik
oraz
nie istnieje.
Dziedziny z jednoznacznością rozkładu
Niech
będzie dziedziną z jednoznacznością rozkładu, zaś
oznacza zbiór zawierający jedynie elementy pierwsze, albo też równoważnie: elementy nierozkładalne, tego pierścienia. Wówczas dowolne dwa elementy
da się zapisać w postaci skończonych iloczynów
oraz
gdzie
oraz
pewnymi ciągami liczb całkowitych, przy czym iloczyny w przedstawieniu są wyznaczone jednoznacznie z dokładnością do permutacji czynników, zaś symbol tyldy oznacza relację stowarzyszenia.
Wówczas największy wspólny dzielnik elementów
da się zdefiniować wzorem
co odpowiada metodzie rozkładu na czynniki proste. Skrótowo da się to zapisać:
Najogólniejszą strukturą, w której dowolne dwa elementy posiadają największy wspólny dzielnik jest dziedzina z największym wspólnym dzielnikiem (ang. greatest common divisor domain) będąca dziedziną z jednoznacznością rozkładu.
Dziedziny ideałów głównych
Opierając się na tożsamości Bézouta w dowolnym pierścieniu przemiennym da się rozważać zbiory elementów postaci
gdzie
przebiegają cały pierścień. Zbiór ten jest ideałem generowanym przez
oraz
który oznacza się
W pierścieniu, w którym wszystkie ideały są główne (tzn. pierścieniu ideałów głównych), ideał ten pokrywałby się ze zbiorem wielokrotności pewnego elementu
pierścienia[8]; ten właśnie element nazywa się największym wspólnym dzielnikiem
oraz
Tożsamość Bézouta charakteryzuje dziedziny ideałów głównych wśród klasy pierścieni noetherowskich.
Ideały
Ideał
bywa jednak przydatny nawet wtedy, kiedy największy wspólny dzielnik
oraz
nie istnieje (rzeczywiście, Ernst Kummer wykorzystał ten ideał zamiast
podczas swoich badań nad Wielkim twierdzeniem Fermata, choć widział go raczej jako zbiór pewnych hipotetycznych, czy też idealnych, elementów
pierścienia, skąd właśnie nazwę wziął powyższy termin teorii pierścieni) – da się go traktować jako najszersze uogólnienie pojęcia największego wspólnego dzielnika.
Z uwagi na z powyższym największy wspólny dzielnik ideałów
pierścienia
definiuje się jako ideał
zaś ich najmniejszą wspólną wielokrotność jako ideał
Sprawdź też
Przypisy
- ↑ Wskazanie największego wspólnego dzielnika nie przedstawia trudności w zbiorze liczb naturalnych, jednak już w zbiorze liczb całkowitych da się wyróżnić dwa największe wspólne dzielniki (w sensie ich wartości bezwzględnej – zwyczajowo wybiera się większy z nich, co odpowiada potocznemu znaczeniu wyrazu „największy”); niżej przedstawiona definicja unika korzystania z uporządkowania, czy też unormowania zbioru wykorzystując zaledwie własności podzielności, co dopuszcza nader naturalne przeniesienie definicji na ogólniejsze obiekty niewyposażone we wspomniane struktury; zob. Uogólnienia.
- ↑ Gdyż każda liczba dzieli zero (jest dzielnikiem zera; wystarczy wyżej przyjąć
), to wielokrotnie rozważa się jedynie dzielniki liczb wielorakich od zera, a co za tym idzie definiuje się największy wspólny dzielnik jedynie dla liczb wielorakich od zera. - ↑ Fakt, iż jeśli
jest wspólnym dzielnikiem liczb
oraz
to jest nim także
jest powodem, dla którego czasem głosi się definicję jedynie dla liczb naturalnych – ma to na celu zapewnienie jednoznaczności wspólnego dzielnika. W podanej niżej definicji największego wspólnego dzielnika jego jednoznaczność zagwarantowana jest założeniem, iż musi on być nieujemny. W ogólniejszych strukturach rezygnuje się z tego ograniczenia, zob. Uogólnienia. - ↑ Keith R. Slavin. Q-Binomials and the Greatest Common Divisor. „Integers Electronic Journal of Combinatorial Number Theory”, s. A5, 2008. University of West Georgia, Uniwersytet Karola w Pradze. [dostęp 2008-05-26].
- ↑ Wolfgang Schramm. The Fourier transform of functions of the greatest common divisor. „Integers Electronic Journal of Combinatorial Number Theory”, s. A50, 2008. University of West Georgia, Uniwersytet Karola w Pradze. [dostęp 2008-11-25].
- ↑ Marcelo Polezzi. A Geometrical Method for Finding an Explicit Formula for the Greatest Common Divisor. „Amer. Math. Monthly”, s. 445–446, 1997. Mathematical Association of America. doi:10.2307/2974739.
- ↑ Donald E. Knuth: Concrete Mathematics: A Foundation for Computer Science. Addison-Wesley, marzec 1994. ISBN 0-201-55802-5.
- ↑ Najogólniejszą dziedziną całkowitości, w której zachodzi tożsamość Bézouta jest dziedzina Bézouta.

oraz
oraz
oraz
to
dla dowolnej liczby 


Ten przypadek szczególny bywa istotny ze względu na przejrzystość dowodów, w których unika się osobnego rozważania przypadków, kiedy dany zbiór elementów jest pusty albo nie.











albowiem każda liczba dzieli zero (jest
Własność ta jest punktem wyjścia dla algorytmu Euklidesa.
oraz
to 
jest nieujemną liczbą całkowitą, to 


oraz
są względnie pierwsze, to 


albo w odmienny sposób na mocy przemienności oraz łączności. Definicję tę da się rozszerzyć na dowolną, skończoną liczbę argumentów.
otóż



oraz
czyni z
oraz 


przy czym da się go wyznaczyć za pomocą rozkładu elementu na
oraz
spełniona jest tzw. 
![R = \mathbb Z\left[\sqrt{-3}\right],\quad a = 4 = 2 \cdot 2 = \left(1 + \sqrt{-3}\right)\left(1 - \sqrt{-3}\right),\quad b = \left(1 + \sqrt{-3}\right) \cdot 2.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/pl/math/b/1/b/b1b5d8fbe5d4ff9e650c24fd2b642203.png)






), to wielokrotnie rozważa się jedynie dzielniki liczb wielorakich od zera, a co za tym idzie definiuje się największy wspólny dzielnik jedynie dla liczb wielorakich od zera.
jest wspólnym dzielnikiem liczb
oraz
to jest nim także
jest powodem, dla którego czasem głosi się definicję jedynie dla liczb naturalnych – ma to na celu zapewnienie jednoznaczności wspólnego dzielnika. W podanej niżej definicji największego wspólnego dzielnika jego jednoznaczność zagwarantowana jest założeniem, iż musi on być nieujemny. W ogólniejszych strukturach rezygnuje się z tego ograniczenia, zob.