Matemáticas · Glosario

¿Qué es Congruencia?

También llamado: congruence

Definición 29.4 Matemáticas de secundaria · Capítulo 29 — Aritmética

Sea nNn \in \N^*. Dos enteros a,ba, b son congruentes módulo nn, y se escribe ab(modn)a \equiv b \pmod n, si n(ab)n \mid (a - b); equivalentemente, si aa y bb dan el mismo resto en la división euclídea entre nn.

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Definición 6.18 Matemáticas universitarias — Grado 1 · Capítulo 6 — Aritmética de los enteros

Para nNn \in \N^*: ab(modn)a \equiv b \pmod n cuando nabn \mid a - b. Es una relación de equivalencia compatible con la suma y el producto: si aba \equiv b y aba' \equiv b' (mód nn), entonces a+ab+ba + a' \equiv b + b', aabbaa' \equiv bb' y akbka^k \equiv b^k para kNk \in \N.

Ejemplos

Ejemplo 6.19 (La prueba del nueve)

La compatibilidad con ++ y ×\times es un método de comprobación tan viejo como el comercio. Como 101(mod9)10 \equiv 1 \pmod 9, todo entero es congruente módulo 99 con la suma de sus cifras (se demuestra en el Ejercicio 6.2). Para comprobar la afirmación 1234×567=6996781234 \times 567 = 699\,678: las sumas de cifras dan 123411234 \equiv 1 y 567180(mod9)567 \equiv 18 \equiv 0 \pmod 9, luego el producto debe ser 1×0=0\equiv 1 \times 0 = 0; y, en efecto, 6+9+9+6+7+8=4506 + 9 + 9 + 6 + 7 + 8 = 45 \equiv 0. La comprobación pasa (y el producto es de hecho correcto). Si alguien hubiese dado 699478699\,478, la suma de cifras 437≢043 \equiv 7 \not\equiv 0 lo delataría al instante. El test es de un solo sentido — caza el error salvo que el propio error sea múltiplo de 99 —, que es exactamente la lección de los seudoprimos del Ejemplo 6.24 en miniatura: las comprobaciones por congruencias refutan, no certifican.

Ejemplo 6.21 (Invertir 77 módulo 2626)

Como gcd(7,26)=1\gcd(7, 26) = 1, la clase de 77 es invertible módulo 2626. Euclides extendido:

26=3×7+5,7=1×5+2,5=2×2+1,26 = 3 \times 7 + 5, \qquad 7 = 1 \times 5 + 2, \qquad 5 = 2 \times 2 + 1 ,

y después hacia atrás:

1=52×2=52(75)=3×52×7=3(263×7)2×7=3×2611×7.1 = 5 - 2 \times 2 = 5 - 2(7 - 5) = 3 \times 5 - 2 \times 7 = 3(26 - 3 \times 7) - 2 \times 7 = 3 \times 26 - 11 \times 7 .

Por tanto 7×(11)1(mod26)7 \times (-11) \equiv 1 \pmod{26}, es decir, 711115(mod26)7^{-1} \equiv -11 \equiv 15 \pmod{26}; comprobación: 7×15=105=4×26+17 \times 15 = 105 = 4 \times 26 + 1. Con el inverso en la mano, cualquier congruencia 7xc(mod26)7x \equiv c \pmod{26} se resuelve con una multiplicación: x15cx \equiv 15c. Esta inversión mecánica es el caballo de batalla de la aritmética modular — y de los protocolos de clave pública mencionados en el Observación 6.27, donde los módulos tienen cientos de cifras pero el algoritmo es exactamente este.

Ejemplo 6.22 (Cuando el coeficiente no es invertible)

Resuélvase 12x8(mod20)12x \equiv 8 \pmod{20}. Aquí gcd(12,20)=4\gcd(12, 20) = 4, así que 1212 no es invertible módulo 2020 — pero la ecuación sigue siendo tratable. La congruencia dice que 2012x820 \mid 12x - 8; dividiendo toda la relación por 44 (divisor de los tres ingredientes), equivale a 53x25 \mid 3x - 2, es decir,

3x2(mod5).3x \equiv 2 \pmod 5 .

Ahora gcd(3,5)=1\gcd(3, 5) = 1 y 312(mod5)3^{-1} \equiv 2 \pmod 5 (3×2=613 \times 2 = 6 \equiv 1), luego x4(mod5)x \equiv 4 \pmod 5: las soluciones son x4,9,14,19(mod20)x \equiv 4, 9, 14, 19 \pmod{20}cuatro clases módulo 2020, tantas como el mcd. (Si el miembro derecho no hubiese sido divisible por 44, por ejemplo 12x6(mod20)12x \equiv 6 \pmod{20}, no habría ninguna solución: el miembro izquierdo es siempre 0(mod4)\equiv 0 \pmod 4.) Forma general: axb(modn)ax \equiv b \pmod n tiene solución si y solo si gcd(a,n)b\gcd(a, n) \mid b, y entonces tiene exactamente gcd(a,n)\gcd(a, n) clases de soluciones — divídase todo por el mcd e inviértase.

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