처음
나눗셈을 배울 때 몫과 나머지가 당연히 존재한다고 생각하고 나눗셈을 한다. 하지만
소인수분해의 존재성과 마찬가지로 몫과 나머지의 존재성은 당연한 결과가 아니며
[1] 수학적인 증명이 필요하다. 나눗셈 정리는 우리가
나눗셈을 통해 몫과 나머지를 자연스럽게 구하게 할 수 있게 만들어 주는 정리이다. 자세한 정리는 아래와 같다.
임의의 양의 정수
a,b에 대하여,
b=aq+r,(0≤r<a)를 만족시키는 정수
q,r이
유일하게
존재한다.
집합
A={b−na∣n∈Z,b−an≥0}을 생각하자. 그럼 집합
A는 공집합이 아니고,
[2] A⊆N[3]이므로 well-ordering 원리에 의해 집합
A에는 가장 작은
원소가 존재한다. 그 원소를
r이라 하면 적당한 정수
q에 대해
r=b−aq로 표시된다. 즉,
b=aq+r이고
r≥0이다. 만약
r≥a라 가정하면
b−(q+1)a=b−aq−a=r−a≥0이므로
r−a∈A이다. 그런데
a>0이므로
r−a<r이고, 이는 곧
r이 집합
A의 가장 작은 원소라는 사실에 모순된다. 따라서
r<a이다.
정수
p,s가
b=ap+s,(0≤s<a)을 만족시킨다고 하자. 그러면
ap+s=aq+r로 부터
(p−q)a=r−s이다. 여기서 만약
p=q이라고 하면,
[4] ∣a∣≤∣p−q∣⋅∣a∣[5]=∣(p−q)a∣=∣r−s∣<∣a∣가 되어 모순이다. 따라서
p=q이어야 하고, 이는 곧
r=s를 의미한다. 즉, 몫과 나머지가 유일하게 존재한다.