Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: ZGcd.v   Sprache: Coq

Original von: Coq©

(************************************************************************)
(*         *   The Coq Proof Assistant / The Coq Development Team       *)
(*  v      *   INRIA, CNRS and contributors - Copyright 1999-2018       *)
(* <O___,, *       (see CREDITS file for the list of authors)           *)
(*   \VV/  **************************************************************)
(*    //   *    This file is distributed under the terms of the         *)
(*         *     GNU Lesser General Public License Version 2.1          *)
(*         *     (see LICENSE file for the text of the license)         *)
(************************************************************************)

(** Properties of the greatest common divisor *)

Require Import ZAxioms ZMulOrder ZSgnAbs NZGcd.

Module Type ZGcdProp
 (Import A : ZAxiomsSig')
 (Import B : ZMulOrderProp A)
 (Import C : ZSgnAbsProp A B).

 Include NZGcdProp A A B.

(** Results concerning divisibility*)

Lemma divide_opp_l : forall n m, (-n | m) <-> (n | m).
Proof.
 intros n m. splitintros (p,Hp); exists (-p); rewrite Hp.
  now rewrite mul_opp_l, mul_opp_r.
  now rewrite mul_opp_opp.
Qed.

Lemma divide_opp_r : forall n m, (n | -m) <-> (n | m).
Proof.
 intros n m. splitintros (p,Hp); exists (-p).
  now rewrite mul_opp_l, <- Hp, opp_involutive.
  now rewrite Hp, mul_opp_l.
Qed.

Lemma divide_abs_l : forall n m, (abs n | m) <-> (n | m).
Proof.
 intros n m. destruct (abs_eq_or_opp n) as [H|H]; rewrite H.
 easy. apply divide_opp_l.
Qed.

Lemma divide_abs_r : forall n m, (n | abs m) <-> (n | m).
Proof.
 intros n m. destruct (abs_eq_or_opp m) as [H|H]; rewrite H.
 easy. apply divide_opp_r.
Qed.

Lemma divide_1_r_abs : forall n, (n | 1) -> abs n == 1.
Proof.
 intros n Hn. apply divide_1_r_nonneg. apply abs_nonneg.
 now apply divide_abs_l.
Qed.

Lemma divide_1_r : forall n, (n | 1) -> n==1 \/ n==-1.
Proof.
 intros n (m,H). rewrite mul_comm in H. now apply eq_mul_1 with m.
Qed.

Lemma divide_antisym_abs : forall n m,
 (n | m) -> (m | n) -> abs n == abs m.
Proof.
 introsapply divide_antisym_nonneg; try apply abs_nonneg.
 now apply divide_abs_l, divide_abs_r.
 now apply divide_abs_l, divide_abs_r.
Qed.

Lemma divide_antisym : forall n m,
 (n | m) -> (m | n) -> n == m \/ n == -m.
Proof.
 introsnow apply abs_eq_cases, divide_antisym_abs.
Qed.

Lemma divide_sub_r : forall n m p, (n | m) -> (n | p) -> (n | m - p).
Proof.
 intros n m p H H'. rewrite <- add_opp_r.
 apply divide_add_r; trivialnow apply divide_opp_r.
Qed.

Lemma divide_add_cancel_r : forall n m p, (n | m) -> (n | m + p) -> (n | p).
Proof.
 intros n m p H H'. rewrite <- (add_simpl_l m p). now apply divide_sub_r.
Qed.

(** Properties of gcd *)

Lemma gcd_opp_l : forall n m, gcd (-n) m == gcd n m.
Proof.
 introsapply gcd_unique_alt; try apply gcd_nonneg.
 introsrewrite divide_opp_r. apply gcd_divide_iff.
Qed.

Lemma gcd_opp_r : forall n m, gcd n (-m) == gcd n m.
Proof.
 introsnow rewrite gcd_comm, gcd_opp_l, gcd_comm.
Qed.

Lemma gcd_abs_l : forall n m, gcd (abs n) m == gcd n m.
Proof.
 introsdestruct (abs_eq_or_opp n) as [H|H]; rewrite H.
 easy. apply gcd_opp_l.
Qed.

Lemma gcd_abs_r : forall n m, gcd n (abs m) == gcd n m.
Proof.
 introsnow rewrite gcd_comm, gcd_abs_l, gcd_comm.
Qed.

Lemma gcd_0_l : forall n, gcd 0 n == abs n.
Proof.
 introsrewrite <- gcd_abs_r. apply gcd_0_l_nonneg, abs_nonneg.
Qed.

Lemma gcd_0_r : forall n, gcd n 0 == abs n.
Proof.
 introsnow rewrite gcd_comm, gcd_0_l.
Qed.

Lemma gcd_diag : forall n, gcd n n == abs n.
Proof.
 introsrewrite <- gcd_abs_l, <- gcd_abs_r.
 apply gcd_diag_nonneg, abs_nonneg.
Qed.

Lemma gcd_add_mult_diag_r : forall n m p, gcd n (m+p*n) == gcd n m.
Proof.
 introsapply gcd_unique_alt; try apply gcd_nonneg.
 introsrewrite gcd_divide_iff. splitintros (U,V); splittrivial.
 apply divide_add_r; trivialnow apply divide_mul_r.
 apply divide_add_cancel_r with (p*n); trivial.
 now apply divide_mul_r. now rewrite add_comm.
Qed.

Lemma gcd_add_diag_r : forall n m, gcd n (m+n) == gcd n m.
Proof.
 intros n m. rewrite <- (mul_1_l n) at 2. apply gcd_add_mult_diag_r.
Qed.

Lemma gcd_sub_diag_r : forall n m, gcd n (m-n) == gcd n m.
Proof.
 intros n m. rewrite <- (mul_1_l n) at 2.
 rewrite <- add_opp_r, <- mul_opp_l. apply gcd_add_mult_diag_r.
Qed.

Definition Bezout n m p := exists a b, a*n + b*m == p.

Instance Bezout_wd : Proper (eq==>eq==>eq==>iff) Bezout.
Proof.
 unfold Bezout. intros x x' Hx y y' Hy z z' Hz.
 setoid_rewrite Hx. setoid_rewrite Hy. now setoid_rewrite Hz.
Qed.

Lemma bezout_1_gcd : forall n m, Bezout n m 1 -> gcd n m == 1.
Proof.
 intros n m (q & r & H).
 apply gcd_unique; trivial using divide_1_l, le_0_1.
 intros p Hn Hm.
 rewrite <- H. apply divide_add_r; now apply divide_mul_r.
Qed.

Lemma gcd_bezout : forall n m p, gcd n m == p -> Bezout n m p.
Proof.
 (* First, a version restricted to natural numbers *)
 assert (aux : forall n, 0<=n -> forall m, 0<=m -> Bezout n m (gcd n m)).
  intros n Hn; pattern n.
  apply strong_right_induction with (z:=0); trivial.
  unfold Bezout. solve_proper.
  clear n Hn. intros n Hn IHn.
  apply le_lteq in Hn; destruct Hn as [Hn|Hn].
  intros m Hm; pattern m.
  apply strong_right_induction with (z:=0); trivial.
  unfold Bezout. solve_proper.
  clear m Hm. intros m Hm IHm.
  destruct (lt_trichotomy n m) as [LT|[EQ|LT]].
  (* n < m *)
  destruct (IHm (m-n)) as (a & b & EQ).
  apply sub_nonneg; order.
  now apply lt_sub_pos.
  exists (a-b). exists b.
  rewrite gcd_sub_diag_r in EQ. rewrite <- EQ.
  rewrite mul_sub_distr_r, mul_sub_distr_l.
  now rewrite add_sub_assoc, add_sub_swap.
  (* n = m *)
  rewrite EQ. rewrite gcd_diag_nonneg; trivial.
  exists 1. exists 0. now nzsimpl.
  (* m < n *)
  destruct (IHn m Hm LT n) as (a & b & EQ). order.
  exists b. exists a. now rewrite gcd_comm, <- EQ, add_comm.
  (* n = 0 *)
  intros m Hm. rewrite <- Hn, gcd_0_l_nonneg; trivial.
  exists 0. exists 1. now nzsimpl.
 (* Then we relax the positivity condition on n *)
 assert (aux' : forall n m, 0<=m -> Bezout n m (gcd n m)).
  intros n m Hm.
  destruct (le_ge_cases 0 n). now apply aux.
  assert (Hn' : 0 <= -n) by now apply opp_nonneg_nonpos.
  destruct (aux (-n) Hn' m Hm) as (a & b & EQ).
  exists (-a). exists b. now rewrite <- gcd_opp_l, <- EQ, mul_opp_r, mul_opp_l.
 (* And finally we do the same for m *)
 intros n m p Hp. rewrite <- Hp; clear Hp.
 destruct (le_ge_cases 0 m). now apply aux'.
 assert (Hm' : 0 <= -m) by now apply opp_nonneg_nonpos.
 destruct (aux' n (-m) Hm') as (a & b & EQ).
 exists a. exists (-b). now rewrite <- gcd_opp_r, <- EQ, mul_opp_r, mul_opp_l.
Qed.

Lemma gcd_mul_mono_l :
  forall n m p, gcd (p * n) (p * m) == abs p * gcd n m.
Proof.
 intros n m p.
 apply gcd_unique.
 apply mul_nonneg_nonneg; trivial using gcd_nonneg, abs_nonneg.
 destruct (gcd_divide_l n m) as (q,Hq).
 rewrite Hq at 2. rewrite mul_assoc. apply mul_divide_mono_r.
 rewrite <- (abs_sgn p) at 2. rewrite <- mul_assoc. apply divide_factor_l.
 destruct (gcd_divide_r n m) as (q,Hq).
 rewrite Hq at 2. rewrite mul_assoc. apply mul_divide_mono_r.
 rewrite <- (abs_sgn p) at 2. rewrite <- mul_assoc. apply divide_factor_l.
 intros q H H'.
 destruct (gcd_bezout n m (gcd n m) (eq_refl _)) as (a & b & EQ).
 rewrite <- EQ, <- sgn_abs, mul_add_distr_l. apply divide_add_r.
 rewrite mul_shuffle2. now apply divide_mul_l.
 rewrite mul_shuffle2. now apply divide_mul_l.
Qed.

Lemma gcd_mul_mono_l_nonneg :
 forall n m p, 0<=p -> gcd (p*n) (p*m) == p * gcd n m.
Proof.
 introsrewrite <- (abs_eq p) at 3; trivialapply gcd_mul_mono_l.
Qed.

Lemma gcd_mul_mono_r :
 forall n m p, gcd (n * p) (m * p) == gcd n m * abs p.
Proof.
 intros n m p. now rewrite !(mul_comm _ p), gcd_mul_mono_l, mul_comm.
Qed.

Lemma gcd_mul_mono_r_nonneg :
 forall n m p, 0<=p -> gcd (n*p) (m*p) == gcd n m * p.
Proof.
 introsrewrite <- (abs_eq p) at 3; trivialapply gcd_mul_mono_r.
Qed.

Lemma gauss : forall n m p, (n | m * p) -> gcd n m == 1 -> (n | p).
Proof.
 intros n m p H G.
 destruct (gcd_bezout n m 1 G) as (a & b & EQ).
 rewrite <- (mul_1_l p), <- EQ, mul_add_distr_r.
 apply divide_add_r. rewrite mul_shuffle0. apply divide_factor_r.
 rewrite <- mul_assoc. now apply divide_mul_r.
Qed.

Lemma divide_mul_split : forall n m p, n ~= 0 -> (n | m * p) ->
 exists q r, n == q*r /\ (q | m) /\ (r | p).
Proof.
 intros n m p Hn H.
 assert (G := gcd_nonneg n m).
 apply le_lteq in G; destruct G as [G|G].
 destruct (gcd_divide_l n m) as (q,Hq).
 exists (gcd n m). exists q.
 splitnow rewrite mul_comm.
 splitapply gcd_divide_r.
 destruct (gcd_divide_r n m) as (r,Hr).
 rewrite Hr in H. rewrite Hq in H at 1.
 rewrite mul_shuffle0 in H. apply mul_divide_cancel_r in H; [|order].
 apply gauss with r; trivial.
 apply mul_cancel_r with (gcd n m); [order|].
 rewrite mul_1_l.
 rewrite <- gcd_mul_mono_r_nonneg, <- Hq, <- Hr; order.
 symmetry in G. apply gcd_eq_0 in G. destruct G as (Hn',_); order.
Qed.

(** TODO : more about rel_prime (i.e. gcd == 1), about prime ... *)

End ZGcdProp.

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.17 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

in der Quellcodebibliothek suchen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff



                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....
    

Besucherstatistik

Besucherstatistik