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计算 / 数论#最大公约数

最大公约数

几个整数公有的约数中最大的那个。求法:质因数分解取“共有质因数的最小指数之积”,或用短除法。

直观场景

把一块 a × b 的长方形地板恰好铺成正方形瓷砖,瓷砖最大边长就是 gcd(a, b)。两数公共的“可整除粒度”里最大的那一档。

推导思路

  1. 质因数分解:a = p₁^α₁ · p₂^α₂ · …,b = p₁^β₁ · p₂^β₂ · …,gcd(a, b) = p₁^min(α₁,β₁) · p₂^min(α₂,β₂) · …。
  2. 短除法:用一个共同的质因数依次除两数,直到商互质,左侧所有除数之积即 gcd。
  3. 辗转相除(更相减损/欧几里得):gcd(a, b) = gcd(b, a mod b),一直递归到余 0。
  4. 重要恒等式:gcd(a, b) × lcm(a, b) = a × b。

公式 / 要点

  • gcd 取“共有质因数的最小指数”;lcm 取“所有质因数的最大指数”,正好相反。
  • 若 a | b,则 gcd(a, b) = a;若 a、b 互质,则 gcd(a, b) = 1。

典型例题

1短除法求 gcd
求 gcd(24, 36)。
  1. 24 = 2³ × 3,36 = 2² × 3²。
  2. 共有质因数 2 取最小指数 2,3 取最小指数 1。
  3. gcd(24, 36) = 2² × 3 = 12。
2切方块
一块 60 厘米 × 84 厘米的长方形板,要切成完全一样的最大正方形且不浪费材料。正方形边长是多少?最多切几块?
  1. 边长 = gcd(60, 84) = 12 厘米。
  2. 块数 = (60 ÷ 12) × (84 ÷ 12) = 5 × 7 = 35 块。

小结:“最大不浪费”就是 gcd 的几何形象。

常见误区

  • “最大公因数”和“最小公倍数”常被混淆——一个取小指数,一个取大指数。
  • 三数 gcd 可两两递推:gcd(a, b, c) = gcd(gcd(a, b), c)。

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