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[原创]整数分解随笔(三)
发表于: 2015-6-16 21:34 12091

[原创]整数分解随笔(三)

2015-6-16 21:34
12091

本次文中未注明处n≥3,且为奇数。
一、对称数
    上次文中,我们找到了中间数,这里我们来定义一下平方剩余中的对称数。
   设a^2≡b (mod n),其中a的对称数定义为(1≤a≤(n-1)/2):
         k+中间数-a,即:
    ①  n=4k-1时,中间数为k,对称数为:
          k+k-a=2k-a
       对称数的平方剩余为:(4k≡1 (mod n))
        (2k-a)^2≡4kk-4ka+a^2
                          ≡k-a+b
                          ≡k+b-a
               ( 注:((n-1)/2)^2≡k)
    ②  n=4k+1时,中间数为k+1,对称数为:
          k+k+1-a=2k+1-a
       对称数的平方剩余为:(4k≡-1 (mod n))
        (2k+1-a)^2≡(2k+1)^2-2(2k+1)a+a^2
                          ≡4kk+4k+1-4ka-2a+b
                          ≡-k+a-2a+b
                          ≡n-k+b-a
                (注:((n-1)/2)^2≡n-k)
   根据上述可知:a的对称数的平方剩余为b-a加上(n-1)/2的平方剩余。
   现在来看看以下例子:
  ⅰ n=119=7*17
1^2≡1 , 2^2≡4 , 3^2≡9 , 4^2≡16 ,
5^2≡25 , 6^2≡36 , 7^2≡49, 8^2≡64,
9^2≡81, 10^2≡100, 11^2≡2 , 12^2≡25 ,
13^2≡50 , 14^2≡77 , 15^2≡106 , 16^2≡18 ,
17^2≡51 , 18^2≡86 , 19^2≡4 , 20^2≡43 ,
21^2≡84 , 22^2≡8 , 23^2≡53 , 24^2≡100 ,
25^2≡30 , 26^2≡81 , 27^2≡15 , 28^2≡70 ,
29^2≡8 , 30^2≡67 , 31^2≡9 , 32^2≡72 ,
33^2≡18 , 34^2≡85 , 35^2≡35 , 36^2≡106 ,
37^2≡60 , 38^2≡16 , 39^2≡93 , 40^2≡53 ,
41^2≡15 , 42^2≡98 , 43^2≡64 , 44^2≡32 ,
45^2≡2 , 46^2≡93 , 47^2≡67 , 48^2≡43 ,
49^2≡21 , 50^2≡1 , 51^2≡102 , 52^2≡86 ,
53^2≡72 , 54^2≡60 , 55^2≡50 , 56^2≡42 ,
57^2≡36 , 58^2≡32 , 59^2≡30
   13及对称数的平方剩余为:
      13^2≡50
      (2*30-13)^2≡47^2≡30+50-13≡67
      对照上面平方剩余,47^2≡67

     ⅱ n=93=3*31
1^2≡1 , 2^2≡4 , 3^2≡9 , 4^2≡16 ,
5^2≡25 , 6^2≡36 , 7^2≡49 , 8^2≡64 ,
9^2≡81 , 10^2≡7 , 11^2≡28 , 12^2≡51 ,
13^2≡76 , 14^2≡10 , 15^2≡39 , 16^2≡70 ,
17^2≡10 , 18^2≡45 , 19^2≡82 , 20^2≡28 ,
21^2≡69 , 22^2≡19 , 23^2≡64 , 24^2≡18 ,
25^2≡67 , 26^2≡25 , 27^2≡78 , 28^2≡40 ,
29^2≡4 , 30^2≡63 , 31^2≡31 , 32^2≡1 ,
33^2≡66 , 34^2≡40 , 35^2≡16 , 36^2≡87 ,
37^2≡67 , 38^2≡49 , 39^2≡33 , 40^2≡19 ,
41^2≡7 , 42^2≡90 , 43^2≡82 , 44^2≡76 ,
45^2≡72 , 46^2≡70 ,
    14及对称数的平方剩余:
       14^2≡10
       (2*23+1-14)^2=33^2≡70+10-14≡66
        对照上面平方剩余:33^2≡66


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二、对称性、传递性及自反性(名字暂定)
     根据上节可知a^2≡b的对称数是相对K及K+1的对称性,而平方剩余是通过k及n-k来传递的,如果b±a正好为连续两个整数乘积,其对称数的平方剩余则正好与逆序数列一个数的平方剩余相等,根据费马分解法,整数被分解。或
      设a^2≡b (mod n),c^2≡d (mod n),如果b-a=d-c,则其对称数的平方剩余相等,其对称数相匹配。
     如 n=119
      ⑴  16^2≡18 (mod 119),其对称数
      (2*30-16)^2=44^2≡30+18-16≡32
      该数与59-1=58的平方剩余相等
      ∴  58^2≡44^2 (mod 119)
       即18-16=2=1*2时,找到一个匹配数。
      
       ⑵  22^2≡8 (mod 119)
       ∵ 22+8=30 =5*6
      ∴23的对称数与逆序数列一个数相匹配。
       23对称数:(2*30-23)=37
       逆序数列:(59-5)=54
       54^2≡37^2 (mod 119)
     
     通过对称数,可以知道平方剩余俱有对称性和传递性,平方剩余是否也俱备自反性?
    我们来看下面的例子:
     16^2≡18 (mod 119)
     16的平方剩余等于18,18等于16加2,即:18=16+2,代入得
          16^2≡16+2  (mod 119)  =>
          16^2-16-2≡0  (mod 119)   =>
          (16-2)(16+1)≡0 (mod 119)  =>
          14*17≡0 (mod 119)
          14、17与119俱有非平凡因子。
   那么如果 a^2≡b (mod n),b=a+i(i+1),把b代入同余式得:
       a^2≡a+i(i+1) (mod n)   =>
       a^2-a-i(i+1)≡0 (mod n)  =>
       (a-(i+1))(a+i)≡0 (mod n)
    即可知道a-(i+1)、a-i这两个数必与n有非平凡因子,即平方剩余俱有自反性。
    这样根据自反性特性,现在来设计一种新的分解n的方法:
    设 a^2≡b (mod n)
    如果按一定的方法构造一个一元二次方程Aa^2+Ba+C≡0 (mod n),使得这个一元二次方程B^2-4AC是完全平方数,则两个根a1=B1/A1、a2=B2/A2必然可以与a写成(A1*a-B1)(A2*a-B2) ≡0,则gcd(A1*a-B1,n)>1且gcd(A2*a-B2,n)>1,n被分解,其中A、A1、A2、B1、B2、B、C为整数,b=-(Ba+C)/A,A≠0,A1*A2=A。
     现在来看几个例:
①  22^2≡8 (mod 119)   =>
      22^2≡127 (mod 119)  =>
      22^2≡6*22-5 (mod 119)  =>
      22^2-6*22+5≡0 (mod 119)  =>
      (22-5)(22-1)≡0  (mod 119)  =>
       17*21≡0 (mod 119)
       17、21与119有非平凡因子。
      当然也可以:
      22^2≡8 (mod 119)   =>
      22^2≡-22+30 (mod 119)  =>
      22^2+22-30≡0 (mod 119)  =>
      (22-5)(22+6)≡0  (mod 119)  =>
       17*28≡0 (mod 119)
       gcd(17,119)=17
       gcd(28,119)=7

②  102^2≡199 (mod 2041) 该数不容易配方,求该数对称数:
       919^2≡1628 (mod 2041)    =>
       919^2≡-413 (mod 2041)    =>
       919^2≡-919+506 (mod 2041)  =>
       (919+23)(919-22)≡0  (mod 2041)  =>
        942*897≡0 (mod 2041)
        gcd(2041,942)=157
        gcd(2041,897)=13
      
    现在也可以根据这种自反性做进一步的扩展:
    设 x^c≡b (mod n),c≥2,如果能按一定方法构造一个函数,使得该函数俱有整数解,则解与x的和跟n有非平凡因子,n被分解。

   本次文中提出了分解整数的一个方法,希望大家能对这种方法多提宝贵意见。
    我个人认为该方法应优于费马分解法。
2015-6-16 21:36
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楼主数学系的?
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只能膜拜,无法学习。
2015-6-16 22:03
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燃烧脑细胞啊
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想当年我也是参加奥赛得过奖学霸一级的人物,现在也就是菜市场买菜还用得着算数。
2015-6-17 11:08
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不容易。谢谢分享!
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啊---已经看傻了 。。。
2015-6-17 12:29
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谢谢大家的关注,本来还想写一下n=ab在[1,(n-1)/2]范围内平方剩余a、b的分布,并写了一个算法,但想想还是把算法留给大家,因为配方的方法毕竟很多,你们用此方法想到的算法说不定比我想到的好得多。如果对此方法感兴趣,设计出更好更快的算法,希望大家能积极发布出来,早点把RSA拿下(梦想^_^)。
感谢坛主,我是从事IT,非数学系毕业,不过对数学感兴趣而已。
2015-6-17 20:54
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完全看不懂,只能膜拜~~~
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算了 谢谢
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算了 谢谢。
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谢谢,有些人一提数学就全身痛,可有人却是越学越精神。
2015-6-26 11:36
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就看懂一个   (2k-a)^2≡4kk-4ka+a^2
2015-6-27 16:40
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