Dividir exactamente significa poder formar grupos completos sin sobrantes. Esa idea lleva a divisores y primos. Cuando queremos el mayor divisor común, Euclides evita factorizar: cambia los datos por restos cada vez menores. Seguiremos esas divisiones y volveremos hacia atrás para obtener una combinación exacta de los números iniciales.
Si necesitas repasar:
1. a divide a b significa que existe un entero que completa el producto
No es una desigualdad ni una división decimal. Admitimos signos: un divisor negativo puede dar un producto positivo. Con esta definición, cualquier entero divide cero y cero solo divide cero.
Si d divide a y b, también divide ax+by para cualesquiera enteros x,y: de a=dr y b=ds sale ax+by=d(rx+sy). Esta estabilidad de combinaciones será el motivo por el que Euclides conserva toda la información común.
Los grupos del dibujo
Compara si seis y cuatro dividen dieciocho.
Seis
18=6·3: tres grupos de seis, sin sobrantes.Cuatro
18=4·4+2: los cuatro grupos de cuatro dejan dos.
Conclusión
6∣18, pero 4∤18 porque no existe entero k con 4k=18.
La divisibilidad exige resto cero.
Tener algunos grupos completos no basta si quedan objetos fuera.
Signos y cero sin cambiar la definición
Comprueba −7∣35, 7∣0 y 0∤35.
Negativo
35=(−7)(−5), con multiplicador entero.Cero como resultado
0=7·0; también 0=0·0 bajo la definición dada.Cero como divisor
0·k siempre es cero y nunca treinta y cinco.
Los signos no impiden divisibilidad; el divisor cero tiene un caso limitado.
En la división con resto que sigue exigiremos divisor positivo, evitando dividir por cero.
2. La división con resto fija un resto entre cero y el divisor
Para a entero y b>0 existen únicos q,r enteros con a=bq+r y 0≤r<b. Elegimos q=floor(a/b), el entero inmediatamente inferior o igual a a/b.
La derecha tiene módulo menor que b y es múltiplo de b, así que debe ser cero. Los cocientes y restos coinciden. Las cotas son parte de la regla, también con dividendo negativo.
Una división positiva completa
Divide 139 entre 12.
Múltiplo
12·11=132 y 12·12=144 supera 139.Resto
139−132=7.Cotas
0≤7<12, así que 139=12·11+7 es la división pedida.
q=11 y r=7.
La identidad y las cotas se comprueban juntas; una igualdad con resto mayor que doce no sería la salida normalizada.
El cociente negativo no se trunca hacia cero
Divide −23 entre 5.
Inferior
−23/5=−4,6; el entero inferior es −5.Resto
−23−5(−5)=2.Comparar
q=−4 daría resto −3, que no cumple 0≤r.
−23=5(−5)+2.
Euclides puede empezar con valores absolutos para calcular un mcd; no por eso cambia la convención de resto de una división negativa.
3. El mcd es positivo y controla a todos los divisores comunes
Si a,b no son ambos cero, sus divisores comunes positivos forman una lista finita no vacía y tienen máximo d. La propiedad más fuerte que demostraremos es que cada divisor común divide a d. No se deduce solo de que d sea el mayor por tamaño.
Podemos fijar mcd(0,0)=0 como convención, aunque en ese caso no exista máximo divisor común positivo. Dos enteros son coprimos si el mcd es uno; pueden ser ambos compuestos.
Encontrar comunes antes de escoger el mayor
mcd(36,54).
Divisores de 36
1,2,3,4,6,9,12,18,36.
Divisores de 54
1,2,3,6,9,18,27,54.
Comunes
1,2,3,6,9,18; el mayor es dieciocho.
mcd(36,54)=18.
En esta lista se comprueba también que cada común divide dieciocho; Bézout explicará por qué ocurre siempre.
Coprimos que no son primos
Compara nueve y veinte.
Nueve
Sus divisores positivos son 1,3,9.
Veinte
Son 1,2,4,5,10,20.
Intersección
El único común es uno.
mcd(9,20)=1, aunque ambos números son compuestos.
Primo describe los divisores de un solo número; coprimos describe la relación entre dos.
4. Euclides sustituye un par por divisor y resto sin perder comunes
Los dos pares tienen exactamente los mismos divisores comunes: mcd(a,b)=mcd(b,r).
Repetimos con restos no negativos que disminuyen estrictamente, así que termina.
Con entradas negativas usamos valores absolutos; si una es cero, la respuesta se obtiene directamente.
Todas las filas de las barras
Calcula mcd(99,78).
Primera
99=78+21.Segunda
78=3·21+15.Tercera
21=15+6.Cuarta
15=2·6+3.Final
6=2·3+0; el último resto no nulo es tres.
mcd(99,78)=3.
Cada fila conserva todos los divisores comunes; las barras usan una misma escala para mostrar cómo disminuyen las cantidades.
Normalizar un signo antes del algoritmo
Calcula mcd(−252,198).
Absolutos
Los divisores comunes positivos son los de 252 y 198.
Dividir
252=198+54; 198=3·54+36.Terminar
54=36+18; 36=2·18+0.
El mcd es 18.
La salida del mcd se da positiva; el signo inicial no vuelve negativo el resultado.
5. Bézout aparece al reconstruir el último resto con las entradas iniciales
Cada resto es una combinación entera de las cantidades anteriores, así que también de las entradas originales.
Como todo divisor común divide esa combinación, divide d: queda demostrada la propiedad fuerte del mcd.
Los coeficientes no son únicos.
Es fundamental leerlos en el orden del enunciado: empezar Euclides con el número mayor no cambia qué incógnita multiplica a cada entrada.
Volver por las filas anteriores
Encuentra una identidad para mcd(99,78)=3.
Último resto
3=15−2·6.Quitar seis
6=21−15 da 3=3·15−2·21.Quitar quince
15=78−3·21 da 3=3·78−11·21.Volver al inicio
21=99−78 da 3=14·78−11·99.
3=−11·99+14·78.
99(−11)+78·14=−1089+1092=3; la sustitución directa verifica signos y orden.
Una combinación igual a uno certifica coprimalidad
1=3·12−35.
Divisor común
Todo divisor común de doce y treinta y cinco divide la combinación de la derecha.
Uno
Los únicos divisores comunes positivos posibles deben dividir uno.
Concluir
El mcd es uno.
Doce y treinta y cinco son coprimos.
No hizo falta factorizar los dos números para certificarlo.
6. El mcd decide si una ecuación lineal tiene soluciones enteras y cuántas familias quedan
Para a,b no ambos cero, ax+by=c tiene soluciones enteras si y solo si d=mcd(a,b) divide c. Necesidad: d divide toda combinación. Suficiencia: multiplicamos una identidad de Bézout por c/d, que es entero.
Restar dos soluciones y dividir por d deja coeficientes coprimos que fuerzan esa forma. Si alguno de a,b es cero, la ecuación se trata directamente y la misma parametrización también refleja la incógnita libre.
Una familia completa
Resuelve 21x+15y=12 en enteros.
Existencia
El mcd es tres y divide doce.
Bézout
3=−2·21+3·15; al multiplicar por cuatro obtenemos una solución (−8,12).
Más pequeña
Mover dos pasos de (5,−7) da (2,−2).
Todas
x=2+5t, y=−2−7t, con t entero.
Esa es la familia completa de soluciones.
Sustituir produce 42+105t−30−105t=12; la coprimalidad de siete y cinco justifica que no falten otras.
Tener soluciones reales no basta
14x+21y=5.
Común
El mcd de catorce y veintiuno es siete.
Necesidad
Toda combinación entera de ambos es múltiplo de siete.
Fallo
Cinco no es múltiplo de siete.
No hay soluciones enteras.
La recta sí tiene puntos reales, pero la condición del problema restringe ambas coordenadas a enteros.
7. Un primo positivo tiene exactamente dos divisores positivos
Primo significa n>1 con únicos divisores positivos 1 y n.
Uno no es ninguno de los dos; dos es el único primo par. Para probar compuesto basta una factorización con dos factores entre uno y n.
Lema de Euclides: si p es primo y p∣ab, entonces p∣a o p∣b. Si no divide a, mcd(p,a)=1; Bézout up+va=1, multiplicado por b, muestra p∣b. Para un divisor compuesto puede fallar: diez divide 2·5 sin dividir a ninguno de esos factores.
Una prueba de primalidad con alcance completo
Estudia 97.
Hasta dónde
Si fuera compuesto, tendría un factor primo ≤√97<10: 2,3,5 o 7.Descartar
Es impar, sus cifras suman dieciséis y no termina en cero o cinco; no lo dividen 2,3,5.
Siete
97=7·13+6; tampoco siete lo divide.
97 es primo.
El límite √97 se justifica porque en n=ab al menos un factor es ≤√n, y ese factor tiene un divisor primo.
No parar antes de cubrir el límite
Estudia 121.
Pruebas insuficientes
No es divisible por 2,3,5 ni 7.
Límite
√121=11: todavía hay que comprobar once.Factor
121=11·11.
121 es compuesto.
No encontrar un factor entre unos pocos candidatos no prueba primalidad si quedan candidatos dentro del límite.
8. La factorización única convierte mcd y mcm en comparaciones de exponentes
Todo n>1 se descompone en primos por descenso de factores. Para la unicidad, un primo de una factorización divide el producto de la otra y por Euclides coincide con algún primo de ella; cancelamos y repetimos. Solo cambia el orden de los factores.
Para a,b positivos, mcd toma el menor exponente de cada primo y mcm el mayor.
Para enteros no nulos de cualquier signo usamos |ab|. Los cuadrados tienen exponentes primos pares, también cuando expresamos una fracción racional como cuadrado.
Mínimos y máximos en los mismos primos
a=72 y b=90.
Factorizar
72=2³·3²; 90=2·3²·5.Mcd
Los mínimos dan 2·3²=18.Mcm
Los máximos dan 2³·3²·5=360.
mcd=18 y mcm=360.
18·360=6480=72·90, y las dos entradas dividen el mcm.
Detectar si una cantidad es cuadrado
Compara 180 y 900.
Primero
180=2²·3²·5; el exponente de cinco es impar.Segundo
900=2²·3²·5².Raíz
900=(2·3·5)²=30², mientras 180 no es cuadrado entero.
La paridad de exponentes evita tantear muchas raíces.
La afirmación se aplica a enteros positivos; cero y números negativos se tratan aparte según el conjunto donde busquemos la raíz.
9. Infinitos primos: el producto más uno aporta un factor ausente
Si una lista finita p₁,…,pᵣ contuviera todos los primos, N=p₁…pᵣ+1 sería mayor que uno y tendría un divisor primo. Ninguno de los de la lista lo divide: todos dejan resto uno al dividir N. Aparece un primo fuera de la lista y se contradice que fuera completa.
No se deduce que N sea siempre primo. Puede ser compuesto y, aun así, sus divisores primos serán nuevos respecto de esa lista. Calcular un mcd, factorizar y probar primalidad son tareas relacionadas con salidas y dificultades diferentes.
Una lista pequeña deja un nuevo primo visible
Supón la lista 2,3,5.
Construir
N=2·3·5+1=31.Resto
No lo divide ninguno de los tres primos de la lista.
Nuevo
Treinta y uno es primo y no estaba en esa lista.
La lista no podía ser completa.
El argumento general solo requería algún factor primo nuevo; aquí el propio N lo es.
El número construido puede ser compuesto
Usa la lista 2,3,5,7,11,13.
Construir
El producto es 30030 y N=30031.Factorizar
30031=59·509.Interpretar
N no es primo, pero ninguno de sus factores primos estaba en la lista inicial.
La prueba de infinitud sigue funcionando.
La identidad muestra por qué no debemos añadir la conclusión falsa producto de primos más uno siempre es primo.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Reducir restos
Calcula mcd(84,30).
Entradas
84 y 30 son positivas y podemos dividir la mayor por la menor.
Primera
84=2·30+24, con resto entre cero y treinta.Segunda
30=24+6.Final
24=4·6+0.Mcd
El último resto no nulo es seis; cada sustitución conservó los divisores comunes.
Certificado
6=30−24=3·30−84.Seis divide ambas entradas y todo divisor común divide esta combinación, así que no puede faltar uno mayor.
mcd=6.
Seis divide ambas entradas y todo divisor común divide seis. Ambas condiciones prueban maximalidad, no solamente que seis sea un divisor común.
EJEMPLO RESUELTO 2
Volver hacia atrás
Encuentra x,y con 30x+84y=6.
Compatibilidad
mcd(30,84)=6 divide al segundo miembro seis.Último resto
6=30−24.Anterior
24=84−2·30.Sustituir
6=30−(84−2·30).Distribuir
6=3·30−84.Leer y verificar
En el orden 30x+84y, x=3 e y=−1.La sustitución da 90−84=6; todas son x=3+14t, y=−1−5t.
x=3, y=−1.
La sustitución directa produce 30·3+84·(−1)=90−84=6. Otras soluciones son x=3+14t,y=−1−5t con t entero.
Los símbolos que hemos usado
- a∣b
- a divide b si b=ak para algún entero k.
- mcd(a,b)
- Mayor divisor común positivo de a,b cuando no son ambos cero; se normaliza no negativo.
- mcm(a,b)
- Menor múltiplo común positivo para a,b no nulos, usando sus valores absolutos.
- Coprimos
- Dos enteros cuyo máximo común divisor es uno.
- Primo p
- Entero p>1 cuyos únicos divisores positivos son uno y p.
- Bézout
- Identidad ax+by=mcd(a,b) con coeficientes enteros x,y.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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