Алгоритм Поклингтона — это техника решения конгруэнтного уравнения вида

где x и a — целые числа и a является квадратичным вычетом.

Алгоритм является одним из первых эффективных методов решения такого уравнения. Алгоритм описал в 1917 году.

Алгоритм (Замечание: Все знаки означают , если не сказано другое.)

Вход: p, нечётное простое число a, целое число, являющееся двоичным вычетом .

Выход: x, целое число, удовлетворяющее тождеству . Заметим, что если x является решением, то −x также является решением и, поскольку p нечётно, . Таким образом, всегда существует второе решение, если хотя бы одно найдено.

Метод решения Поклингтон рассматривает 3 различных случая для p:

Первый случай, если , с , решение равно .

Второй случай, если , с и , решение равно . , 2 не является (квадратичным) вычетом, так что . Это означает, что , так что является решением . Следовательно, или, если y нечётно, .

Третий случай, если , положим , так что уравнение превращается в . Теперь методом проб и ошибок находим и , такие, что не является квадратичным вычетом. Далее пусть

. Теперь выполняются следующие равенства:

. Если p имеет вид (что верно, если p имеет вид ), D является квадратичным вычетом и . Теперь равенства

дают решение .

Пусть . Тогда . Это означает, что либо , либо делятся на p. Если делится , положим и проводим аналогичные выкладки с . Не все делятся на p, так, не делится. Случай с нечётным m невозможен, поскольку выполняется и это должно означать, что конгруэнтно квадратичному невычету, получили противоречие. Таким образом, цикла прерывается, когда для некоторого l. Это даёт , а поскольку является квадратичным вычетом, l должно быть чётным. Положим . Тогда . Таким образом, решение уравнения получаем путём решения линейного уравнения .

Примеры Ниже приведены 3 примера, соответствующие 3 различным случаям. В примерах все знаки означает сравнение по модулю.

Пример 1 Решаем конгруэнтное уравнение

Модуль равен 23. Поскольку , . Решениями должны быть значения , и это действительно решения: .

Пример 2 Решаем конгруэнтное уравнение

Модуль равен 13. Поскольку , . Проверяем, что . Таким образом, решением будет . И это действительно решения: .

Пример 3 Решаем конгруэнтное уравнение . Запишем уравнение в виде . Сначала найдём и , такие, что является квадратичным невычетом. Возьмён, например, . Найдём , , начав с ,

Продолжим аналогично ,

Поскольку , получаем , что ведёт к уравнению . Последнее имеет решения . Действительно, .

Примечания

Литература

Категория:Модульная арифметика Категория:Теоретико-числовые алгоритмы