Наименьшее общее кратное и наибольший общий делитель

Рассмотрим известные из школьного курса математики понятия наименьшего общего кратного и наибольшего общего делителя натуральных чисел, сформулируем их основные свойства, опустив все доказательства.

Определение. Общим кратным натуральных чисел а и b называется число, которое кратно каждому из данных чисел.

Наименьшее число из всех общих кратных чисел а и b называется наименьшим общим кратным этих чисел.

Наименьшее общее кратное чисел а и b условимся обозначать К(а, b). Например, два числа 12 и 18 общими кратными являются: 36, 72, 108, 144, 180 и т.д. Число 36 - наименьшее общее кратное чисел 12 и 18. Можно записать: К(12,18) = 36.

Для наименьшего общего кратного справедливы следующие утверждения:

1. Наименьшее общее кратное чисел а и b всегда существует и является единственным.

2. Наименьшее общее кратное чисел а и b не меньше большего из данных чисел, т.е. если а > b, то К(а, b) ³ а.

3. Любое общее кратное чисел а и b делится на их наименьшее общее кратное.

Определение. Общим делителем натуральных чисел а и b называется число, которое является делителем каждого из данных чисел.

Наибольшее число из всех общих делителей чисел а и b называется наибольшим общим делителем данных чисел. Наибольший общий делитель чисел а и b условимся обозначать D(а, b).

Например, для чисел 12 и 18 общими делителями являются числа: 1,2,3,6. Число 6 - наибольший общий делитель чисел 12 и 18. Можно записать: D(12,8)=6.

Число 1 является общим делителем любых двух натуральных чисел а и b. Если у этих чисел нет иных общих делителей, то D(а, b) = 1, а числа а и b называются взаимно простыми.

Например, числа 14 и 15 - взаимно простые, так как D (14, 15) = 1.

Для наибольшего общего делителя справедливы следующие утверждения:

1. Наибольший общий делитель чисел а и b всегда существует и является единственным.

2. Наибольший общий делитель чисел а и b не превосходит меньшего из данных чисел, т.е. если а < b, то D (а, b) £ а.

3. Наибольший общий делитель чисел а и b делится на любой общий делитель этих чисел.

Наименьшее общее кратное чисел а и b и их наибольший общий делитель взаимосвязаны: произведение наименьшего общего кратного и наибольшего общего делителя чисел а и b равно произведению этих чисел, т.е.

К(а, b)×D(а,b)=а×b.

Из этого утверждения вытекают следующие следствия:

а) Наименьшее общее кратное двух взаимно простых чисел равно произведению этих чисел, т. е. D(а,b) = 1 Þ К(а,b)=а× b.

Например, чтобы найти наименьшее общее кратное чисел 14 и 15, достаточно их перемножить, так как D (14, 15) = 1.

б) Для того чтобы натуральное число а делилось на произведение взаимно простых чисел m и n, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на m, и на n.

Это утверждение представляет собой признак делимости на числа, которые можно представить в виде произведения двух взаимно простых чисел.

Например, так как 6=2 × 3 и D(2,3)=1, то получаем признак делимости на 6: для того чтобы натуральное число делилось на 6, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 2 и на 3.

Заметим, что данный признак можно применять многократно. Сформулируем, например, признак делимости на 60: для того чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось и на 4, и на 15. В свою очередь, число будет делиться на 15 тогда и только тогда, когда оно делится и на 3, и на 5. Обобщая, получаем следующий признак делимости на 60: для того чтобы число делилось на 60, необходимо и достаточно, чтобы оно делилось на 4, на 3 и на 5.

в) Частные, получаемые при делении двух данных чисел на их наибольший общий делитель, является взаимно простыми числами.

Этим свойством можно пользоваться при проверке правильности найденного наибольшего общего делителя данных чисел. Например, проверим, является ли число 12 наибольшим общим делителем чисел 24 и 36. Для этого, согласно последнему утверждению, разделим 24 и 36 на 12. Получим соответственно числа 2 и 3, которые являются вза­имно простыми. Следовательно, D (24, 36)=12.

Простые числа

Простые числа играют большую роль в математике - по существу они являются «кирпичами», из которых строятся составные числа.

Это утверждается в теореме, называемой основной теоремой арифметики натуральных чисел, которая приводится без доказательства.

Теорема. Любое составное число можно единственным образом представить в виде произведения простых множителей.

Например, запись 110 = 2×5×11 есть представление числа 110 в виде произведения простых множителей или разложение его на простые множители.

Два разложения числа на простые множители считают одинаковыми, если они отличаются друг от друга лишь порядком множителей. Поэтому представление числа 110 в виде произведения 2×5×11 или произведения 5×2×11 есть, по существу, одно и то же разложение числа 110 на простые множители.

Раскладывая числа на простые множители, используют признаки делимости на 2, 3, 5 и др. Напомним один из способов записи разложения чисел на простые множители. Разложим, например, на множители число 90. Число 90 делится на 2. Значит, 2 есть один из про­стых множителей в разложении числа 90. Разделим 90 на 2. Число 2 запишем справа от знака равенства, а частное 45 - под числом 90. Число 45 делим на простое число 3, получаем 15. Делим 15 на 3, получаем 5. Число 5 - простое, при делении его на 5 получаем 1. Разложение на множители закончено.

90 =2×3×3×5

При разложении числа на простые множители произведение одинаковых множителей представляют в виде степени: 90=2×3²×5; 60=2²× 3× 5; 72=2³×3². Такое разложение числа на простые множители называют каноническим.

Греческий математик - Евклид доказал, что множество простых чисел бесконечно.

Действительно, предположим, что множество простых чисел конечное и исчерпывается числами 2, 3, 5, 7,...,р, где p - самое большое простое число. Перемножим все простые числа и их произведение обозначим через а. Прибавим к этому числу 1. Каким будет полученное число а + 1 - простым или составным?

Простым число а+1 быть не может, потому что оно больше само­го большого простого числа, а по предположению таких простых чисел не существует. Но составным оно тоже быть не может: если а+1 составное, то оно должно иметь хотя бы один простой делитель q. Так как число а = 2×3×5 ×...×р также делится на это простое число q, то и разность (а + 1) - а, т.е. число 1, делится на q, что невозможно.

Итак, число а не является ни простым, ни составным, но этого тоже не может быть - всякое число, отличное от 1, либо простое, либо составное. Следовательно, наше предположение о том, что множество простых чисел конечное и есть самое большое простое число, неверно, и значит, множество простых чисел бесконечное.