ユークリッドの互除法

自然数 $a,b$ について, $a$ を $b$ で割った商を $q$ , 余りを $r$ とするとき,

aa と bb の最大公約数は, bb とrr の最大公約数に等しい。

証明

aa と bb の最大公約数が gg であるとき, (a,b)=g(a,b)=g と表す。

(a,b)=g(a,b)=g とすると,

a=ga′a=ga' ,b=gb′b=gb' ( a′,b′a',b' は互いに素な自然数)

とおける。 aa を bb で割った商を qq ,余りを rr とするとき,

a=bg+ra=bg+r

であるから,

ga′=gb′q+rga'=gb'q+r

r=g(a′−b′q)r=g(a'-b'q)

②において a′−b’qa'-b’q は整数であるから, rr は gg の倍数である。一方, bb も gg の倍数であるから, bb と rr の最大公約数も gg の倍数となる。そこで,自然数 mm を用いて,

(b,r)=gm(b,r)=gm

とすると,

b=gmb′′,r=gnr′b=gmb'',r=gnr' ( b′′,r′b'',r' は互いに素な自然数)

とおけて,①より,

a=gmb′′q+gmr′a=gmb''q+gmr'

=gm(b′′q+r′)=gm(b''q+r')

となる。

これより, a,ba,b はともに gmgm の倍数であり, (a,b)=g(a,b)=g より, m=1m=1

したがって,③より

(b,r)=g(b,r)=g

であるから, (a,b)=(b,r)(a,b)=(b,r) すなわち, aa と bbの最大公約数は, bb と rr の最大公約数に等しい。