的结构定理,比常规的构造法显得更为凝练和深刻。
坐在秦风斜后方的李傲天,原本还在为第一题的常规解法苦苦思索,偶尔用眼角的余光瞥见秦风在草稿纸上写下的那些关于gcd?(S)\\gcd(S)gcd(S)和裴蜀定理的符号,以及一些他看不太懂的集合变换,心中顿时掀起了惊涛骇浪。
“他……他在干什么?难道这道题还能用最大公约数来解?我怎么从来没想过这个方向?”李傲天感觉自己的脑子有点不够用了。他引以为傲的数学直觉,在秦风面前,仿佛变成了一个笑话。
苏沐橙也注意到了秦风草稿纸上的动静。她那双清冷的眸子里,第一次露出了难以置信的神色。她能隐约看出秦风似乎在运用某种与整除性密切相关的深刻理论,但具体的推导路径,却让她感到一阵目眩神迷。
“这个秦风……他的数学功底,究竟有多深?”苏沐橙心中暗道,第一次对一个同龄人产生了如此强烈的“不可测”的感觉。
而秦风,在写完第一种巧妙解法后,并没有停歇。他舔了舔有些发干的嘴唇,眼神中的光芒更盛了。
“还不够……这种程度的‘变形’,还不足以展现这道题的全部魅力。”
他的目光,投向了更深邃的数学领域。
第二种巧妙解法:引入抽象代数——幺半群与理想的视角
秦风的笔尖再次在草稿纸上舞动起来,这一次,他写下的符号,开始变得更加抽象和……诡异。
他将集合SSS视为自然数加法半群(N+,+)(\\athbb{N}^+,+)(N+,+)的一个子半群。
“如果我们将0也加入考虑,并定义S0=Su{0}S_0=S\\cup\\{0\\}S0=Su{0}(如果$$0otS),或者直接考虑),或者直接考虑),或者直接考虑S在自然数加法幺半群在自然数加法幺半群在自然数加法幺半群(\\athbb{N}_0,+$$中的性质。”秦风在草稿纸上写道。
“条件1保证了SSS(或S0S_0S0)在加法运算下的封闭性。条件2则给出了这个子半群的一个‘下界’。”
“现在,考虑在整数环Z\\athbb{Z}Z中,由集合SSS生成的理想I(S)={∑i=1cisiisi∈S,ci∈Z}I(S)=\\{\\su_{i=1}^c_is_i|s_i\\S,c_i\\\\athbb{Z}\\}I(S)={∑i=1cisiisi∈S,ci∈Z}。”
“由于Z\\athbb{Z}Z是主理想整环,所以I(S)I(S)I(S)必然可以由一个元素生成,即I(S)=(d0)I(S)=(d_0)I(S)=(d0),其中d0=gcd?(S)d_0=\\gcd(S)d0=gcd(S)。”
“这说明,SSS中所有元素的最大公约数d0d_0d0,可以表示为SSS中元素的整数线性组合。”
“接下来,我们需要将这个结论与SSS本身的加法封闭性以及正整数下界联系起来。”
秦风的思路开始转向一个在大学代数学中才会详细讨论的概念——数值半群(NuricalSeigroup)。一个数值半群是由一组正整数在加法下生成的,且其最大公约数为1的半群。着名的Frobeniproble就是研究这类半群的一个经典问题。
“如果gcd?(S)=d\\gcd(S)=dgcd(S)=d,那么我们可以考虑集合S\/d={s\/dis∈S}S\/d=\\{s\/d|s\\S\\}S\/d={s\/dis∈S}。这个新的集合,其元素的最大公约数为1,并且仍然满足加法封闭性。根据数值半群的理论,一个最大公约数为1的加法封闭正整