Esistenza e unicità della divisione euclidea

Teorema

Siano n,m∈Z con m≠0.⟹∃!q,r∈Z:

{n=q m+r0≤r<|m|

Inoltre q,m∈N se n,m∈N

Dimostrazione

Esistenza

Ipotizziamo che n,m∈N e procediamo per induzione di seconda forma su n.

n=0 (BASE DELL'INDUZIONE)
È sufficiente porre q,r=0

n≥1,∀k<n⟹n (PASSO INDUTTIVO)

Supponiamo n>0 e che la tesi sia vera per ogni k<n.

{k=mq+r0≤r<m

Ma allora n=k+m=mq+r+m=(q+1)m+r.

−n=qm+r, 0≤r<|m|⇔n=(−q)m−r

Se r=0 abbiamo finito, altrimenti continuiamo per ottenere un resto > 0.
Aggiungendo e togliendo m:

n=(−q)m−r−m+m=(−q−1)m+(m−r)

dove m−r è strettamente positivo per definizione.

⟹∃q,r∈Z:n=(−mq+r), 0≤r<|m|⇔n=(−q)m+r

Unicità

Sia

{n=q m+r0≤r<|m|   e   {n=q′ m+r′0≤r′<|m|

Proviamo che q=q′, r=r′.
Allora vale:
n=qm+r=q′m+r′⇔qm−q′m=r′−r⇔(q−q′)m=r′−r⇔|q−q′||m|=|r−r′|

⟹|q−q′||m|=|r−r′|<|m|
⟹|q−q′|<1

Concludiamo che q′−q=0⟹q′=q.
Dall'equazione originale ricaviamo che: mq+r=mq′+r′⟹r′=r.