Cap´ıtulo 2 Divisibilidad en Z - IMERL

2.2. ALGORITMO DE EUCLIDES. TEOREMA DE LAMÉ 31
2.2.1. Teorema de Lamé
Examinamos el algoritmo de Euclides sobre una entrada (a, b) tomando nota de
cocientes y de restos. Si r0 = a y r1 = b, se tiene:
r0 = q1r1 + r2
r1 = q2r2 + r3
. (2.1)
rn−2 = qn−1rn−1 + rn
rn−1 = qnrn
Hemos probado con anterioridad que rn = mcd(a, b). Notemos, por otro lado, que
el último cociente, qn es mayor o igual que 2 (salvo que n = 1).
Denotemos por E(a, b) el número de divisiones que realiza el algoritmo de Euclides
si el input es (a, b). El objetivo es probar una buena cota superior para E(a, b).
Sea Fn el n–ésimo número de Fibonacci que, recordemos, está definido por F0 = 0,
F1 = 1 y Fn = Fn−1 + Fn−2 si n ≥ 2.
Lema 2.11 Sean a y b enteros tales que a > b > 0 y supongamos que E(a, b) = n.
Entonces, a ≥ Fn+2 y b ≥ Fn+1
Demostración.– Utilizaremos la notación de 2.1 y probaremos que r0 ≥ Fn+2 y
r1 ≥ Fn+1 por inducción en n.
El enunciado es cierto para n = 1. En este caso, el algoritmo de Euclides consta
de una única división, r0 = q0r1 y puesto que r0 > r1, los menores enteros que lo
verifican son r1 = 1 = F2 y r0 = 2 = F3.
Supongamos ahora que el enunciado es cierto para i < n; queremos probarlo para n.
El primer paso del algoritmo de Euclides es r0 = q0r1 +r2 y sabemos que E(r1, r2) =
n − 1. Por lo tanto, r1 ≥ Fn+1 y r2 ≥ Fn. Por lo tanto, r0 ≥ r1 + r2 ≥ Fn+2.
A partir del Lema anterior y utilizando que
donde α = 1+√ 5
2
y β = 1−√ 5
2 , se tiene
Fn = αn − βn √ ,
5
Corolario 2.12 Si a > b > 0, E(a, b) < c1 log(u) + c2 − 2 + c3u −1 , donde c1 =
1
log α = 2,08, c2 = log √ 5
log α = 1,67 y c3
1 = √ = 0,93. (log logaritmo natural). Si
5 log α
se escribe la cota anterior en términos de la talla binaria de a (es decir, log2 a) se
obtiene, redondeando, que
E(a, b) ≤ 1,90 log 2 a − 0,33