Zárthelyi feladatok megoldásai tanulságokkal Csikvári Péter 1. a) Számítsuk ki a 2i + 3j + 6k kvaternió inverzét.

Hasonló dokumentumok
1. Egész együtthatós polinomok

1. Polinomok számelmélete

1. A maradékos osztás

Vizsgatematika Bevezetés a matematikába II tárgyhoz tavasz esti tagozat

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.

Algoritmuselmélet gyakorlat (MMN111G)

Gy ur uk aprilis 11.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

Diszkrét matematika II. feladatok

1. Komplex szám rendje

Intergrált Intenzív Matematika Érettségi

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

1. Hatvány és többszörös gyűrűben

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

1. Interpoláció. Egyértelműség Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 14.

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Testek március 29.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

1. feladatsor Komplex számok

MTN714: BEVEZETÉS AZ ABSZTRAKT ALGEBRÁBA. 1. Csoportelméleti alapfogalmak

FFT. Második nekifutás. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék október 2.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

DISZKRÉT MATEMATIKA 2 KIDOLGOZOTT TÉTELSOR 1. RÉSZ

Irreducibilis polinomok szakkörre

1. Polinomfüggvények. Állítás Ha f, g C[x] és b C, akkor ( f + g) (b) = f (b) + g (b) és ( f g) (b) = f (b)g (b).

Az eddig leadott anyag Diszkrét matematika II tárgyhoz tavasz

GAUSS-EGÉSZEK ÉS DIRICHLET TÉTELE

LINEÁRIS ALGEBRA. Szerkeszt es alatt NAGY ATTILA

Algebrai alapismeretek az Algebrai síkgörbék c. tárgyhoz. 1. Integritástartományok, oszthatóság

1. A Horner-elrendezés

Diszkrét matematika I.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Szerkeszt es alatt LINEÁRIS ALGEBRA NAGY ATTILA EGYETEMI JEGYZET. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Algebra Tanszék

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

Polinomgy r k. 1. Bevezet. 2. Polinomok. Dr. Vattamány Szabolcs.

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

: s s t 2 s t. m m m. e f e f. a a ab a b c. a c b ac. 5. Végezzük el a kijelölt m veleteket a változók lehetséges értékei mellett!

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

3. Algebrai kifejezések, átalakítások

Tartalomjegyzék 1. Műveletek valós számokkal Függvények Elsőfokú egyenletek és egyenlőtlenségek

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY III. FÉLÉVÉHEZ. ÖSSZEÁLLÍTOTTA: LÁNG CSABÁNÉ ELTE IK Budapest

1. Interpoláció. Egyértelműség (K2.4.10) Ha f és g ilyen polinomok, akkor n helyen megegyeznek, így a polinomok azonossági tétele miatt egyenlők.

Magasabbfokú egyenletek

Lineáris Algebra. Tartalomjegyzék. Pejó Balázs. 1. Peano-axiomák

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

5. Az Algebrai Számelmélet Elemei


Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Nevezetes sz amelm eleti probl em ak Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

Mátrixok 2017 Mátrixok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Diszkrét matematika II. feladatok

Diszkrét matematika 1.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Határozatlan integrál

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Diszkrét matematika I.

Diszkrét matematika I.

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

1. Mondjon legalább három példát predikátumra. 4. Mikor van egy változó egy kvantor hatáskörében?

7. gyakorlat megoldásai

Waldhauser Tamás szeptember 8.

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika II. feladatok

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Láng Csabáné Testbıvítés, véges testek

Alapvető polinomalgoritmusok

Direkt limesz, inverz limesz, végtelen Galois-bővítések

Lineáris algebra mérnököknek

1. A maradékos osztás

Gonda János POLINOMOK. Példák és megoldások

A parciális törtekre bontás?

SzA XIII. gyakorlat, december. 3/5.

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

10. Feladat. Döntse el, hogy igaz vagy hamis. Név:...

3. Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

2. Algebrai átalakítások

Lineáris egyenletrendszerek Műveletek vektorokkal Geometriai transzformációk megadása mátrixokkal Determinánsok és alkalmazásaik

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Átírás:

Zárthelyi feladatok megoldásai tanulságokkal Csikvári Péter 1. a Számítsuk ki a 2i + 3j + 6k kvaternió inverzét. b Köbgyöktelenítsük a nevezőt az alábbi törtben: 1 3 3. Megoldás: a Egy q = a + bi + cj + dk a, b, c, d R kvaternió inverze q 1 = q, ahol Nq q = a bi cj dk és Nq = a 2 +b 2 +c 2 +d 2. Esetünkben q = 2i+3j +6k, így q = 2i 3j 6k és Nq = 2 2 + 3 2 + 6 2 = 49. Tehát q 1 = 1 2 2i 3j 6k = 49 49 i 3 49 j 6 49 k. b 1. megoldás Felhasználva az x 3 1 = x 1x 2 + x + 1 azonosságot az x = 3 3 számra bővitsunk a számlálóban és a nevezőben is + 3 9 számmal. Ekkor 1 3 3 = 1 3 3 + 3 9 + 3 9 = 4 + 2 3 3 + 2 3 9 2 2. megoldás Keressük a megoldást a következő alakban: Átszorzás után azt kapjuk, hogy Összehasonlítva az együtthatókat kapjuk, hogy 1 3 3 = a + b 3 3 + c 3 9. = a 3c + b a 3 3 + c b 3 9. a 3c = 1, b a = 1, c b = 0. Ennek megoldása a = 2, b = 1, c = 1 vagyis 1 3 3 = 2 3 3 3 9. = 2 3 3 3 9. Megjegyzés: Bár az első megoldás rövidebb, ez a megoldás némileg ad hoc, túlságosan támaszkodik a felhasznált azonosságra. A második megoldás viszont mindig működik. 1

2 2. Adjunk meg egy olyan a egész számot, melyre az ax 5 +a 2 +5x 2 +a+5 polinom irreducibilis Q fölött, és egy olyat is, amelyre nem irreducibilis Z fölött. Megoldás: Az első részfeladatnál a Schönemann-Eisenstein kritériumot fogjuk ellenőrizni. Ehhez kell egy p prím és egy a szám, melyre p nem osztója a-nak, p osztója az a 2 + 5, a + 5 számoknak valamint a 0-nak, de az mindig teljesül, de p 2 nem osztója a + 5 számnak. A p = 2, a = 1 választás megfelel: 2 osztója 1 2 + 5 = 1 + 5 = 6-nak, de 2 2 nem osztója 6-nak és 2 nem osztója a = 1-nek, így x 5 + 6x 2 + 6 polinom irreducibilis. A második részben egyszerűen kihasználjuk, hogy ha a polinom nem primitív vagyis az együtthatóknak van 1-nél nagyobb közös osztója és legalább elsőfokú akkor nem lehet irreducibilis. Az a = 5 választással kapjuk, hogy ax 5 + a 2 + 5x 2 + a + 5 = 5x 5 + 30x 2 + 10 = 5 x 5 + 6x 2 + 2. Ez azért egy felbontás, mert az 5 nem egység Z-ben hiszen 1/5 / Z. 2. megoldás a második részre: Ha a polinomnak van egy racionális gyöke akkor biztosan reducibilis. Ezt könnyen elérhetjük, például a = 5 választással az x = 0 gyök lesz: 5x 5 + 5 2 + 5x 2 + 5 + 5 = x 2 5x 3 + 30.

3 3. Irreducibilis-e Q fölött az x 4 + 2x 3 + 3x 2 + 2x + 1 polinom? 1. megoldás: Vegyük észre, hogy x 4 + 2x 3 + 3x 2 + 2x + 1 = x 2 + x + 1 2. Tehát a polinom reducibilis mivel egyik tényező sem egység. 2. megoldás: Egy negyedfokú reducibilis polinom Q felett vagy egy első és egy harmadfokú vagy két másodfokú polinom szorzatára bomlik. Az első eset azt jelenti, hogy van racionális gyöke. A racionális gyöktesztből azonban látjuk, hogy csak két jelölt van racionális gyökre, ±1, ezek azonban nem gyökei a polinomnak: 1 4 + 2 1 3 + 3 1 2 + 2 1 + 1 = 9, míg 1 4 + 2 1 3 + 3 1 2 + 2 1 + 1 = 1. Tehát azt az esetet kell még ellenőrizni, hogy két másodfokú szorzatára bomlik a polinom. Ekkor x 4 + 2x 3 + 3x 2 + 2x + 1 = a 2 x 2 + a 1 x + a 0 b 2 x 2 + b 1 x + b 0. Felhasználjuk, hogy ha egy egész együtthatós polinomot fel lehet írni két kisebb fokú racionális együtthatós polinom szorzatára akkor két egész együtthatós polinom szorzatára is fel lehet írni. Tehát feltehetjük, hogy a 2, a 1, a 0, b 2, b 1, b 0 egészek. Tehát az a 2 b 2 = 1 egyenletből következik, hogy a 2 = b 2 = 1 vagy a 2 = b 2 = 1, de utóbbi esetben megszorozhatjuk mindkét tagot 1-gyel vagyis feltehető, hogy a 2 = b 2 = 1. Vagyis x 4 + 2x 3 + 3x 2 + 2x + 1 = x 2 + a 1 x + a 0 x 2 + b 1 x + b 0. A konstans tag összehasonlításából kapjuk, hogy a 0 b 0 = 1 vagyis a 0 = b 0 = 1 vagy a 0 = b 0 = 1. Az első esetben kapjuk, hogy x 4 +2x 3 +3x 2 +2x+1 = x 2 +a 1 x 1x 2 +b 1 x 1 = x 4 +a 1 +b 1 x 3 +a 1 b 1 2x 2 a 1 +b 1 x+1 vagyis a 1 + b 1 egyszerre 2 és 2, ez nem lehet. A második esetben x 4 +2x 3 +3x 2 +2x+1 = x 2 +a 1 x+1x 2 +b 1 x+1 = x 4 +a 1 +b 1 x 3 +a 1 b 1 +2x 2 +a 1 +b 1 x+1 vagyis a 1 + b 1 = 2, a 1 b 1 = 1. Ennek megoldása a 1 = b 1 = 1, így kaptunk egy felbontást: x 4 + 2x 3 + 3x 2 + 2x + 1 = x 2 + x + 1x 2 + x + 1. Megjegyzés: Az első megoldást némileg provokatív, de jól mutatja, hogy ha tudunk egy felbontást akkor vége is a feladatnak. Ez mutatja, hogy erősen eltér két feladat ha az adott polinom az egyik esetben reducibilis, a másikban pedig irreducibilis. Egyébként nem teljesen lehetetlen, hogy valaki egyből meglássa, hogy a polinom teljes négyzet a fenti feladatban, főleg ha behelyettesít néhány értéket és azt látja, hogy mindig négyzetszámot kapott. Egy másik mód a felbontás megtalálásához az az észrevétel, hogy egy reciprok polinomról van szó, így először felbonthatjuk C felett, majd ezt használva megkaphatjuk Q felett a fent megadott felbontást. Megjegyzés: A 2-es és 3-as feladatot összefoglalva a következő technikák, ötletek vannak polinomok irreducibilitásának eldöntésére: 1 racionális gyökteszt, 2 Schönemann-Eisenstein, 3 Schönemann-Eisenstein eltolt polinomra, 4 harmadfokúra a racionális gyökteszt után kész vagyunk, 5 negyedfokú polinomnál racionális gyökteszt után meg kell vizsgálni két másodfokú szorzatára bonthatóságot is, 6 mod p redukció általában p = 2-vel. Nem tagadom, hogy én elég lusta ember vagyok: ha 1 vagy 2 nem működik, akkor megvárom míg számítógép közelben leszek és megoldatom egy matematikai szoftverrel a problémát. Persze ez csak akkor működik ha konkrét polinomunk van, ha egy polinomcsalád irreducibilitását kell ellenőrizni akkor sajnos nem nagyon úszható meg, hogy ez ember egy adott ponton el ne kezdjen gondolkodni.

4 4. Gyűrűhomomorfizmus-e vagyis művelettartó-e az alábbi φ : R R leképezés? a R = C 2 2, φa = A T. b R egy 2 karakteriszikajú test, φa = q 2. Megoldás: Egy φ : R R gyűrűhomomorfizmus akkor ha φa + b = φa + φb és φab = φaφb. Az a feladatban teljesül, hogy φa + B = φa + φb hiszen A + B T = A T + B T, de általában nem igaz, hogy Egy konkrét ellenpélda: legyen Ekkor φab = AB T = B T A T A = 0 1 φab = φ de φaφb = Tehat itt φ nem gyűrűhomomorfizmus. A b feladatban:? = A T B T = φaφb és B = = 1 1 1 1 =, φa + b = a + b 2 = a 2 + ab + ba + b 2 = a 2 + 2ab + b 2 = a 2 + b 2 = φa + φb, mert 2ab = 0 a 2 karaketisztika miatt. Továbbá φaφb = a 2 b 2 = ab 2 = φab. Mindkét számolásban kihasználtuk, hogy a szorzás kommutatív, mert R test és az első számolásban kihasználtuk, hogy 2ab = 0, mert a karakterisztika 2. Tehát ebben az esetben φ gyűrűhomomorfizmus..

5 5. Igazoljuk, hogy az n n-es valós felső háromszögmátrixok gyűrűt alkotnak. Megoldás: Legyen R az n n-es valós felső háromszögmátrixok halmaza. Azt kell megmutatnunk, hogy 0 R és ha A, B R akkor A, A + B, AB R. Ebből már következik, hogy R gyűrű, mert az R elemei benne vannak az összes valós mátrix gyűrűjében ahol teljesülnek a gyűrűaxiómák azonosságai: az összeadás kommutativítása, asszociatívitása, szorzás associatívitása és a két oldali disztributívitás, tehát ezek R-ben is fognak teljesülni ha R zárt a műveletekre. Egy A = a ij mátrix felső háromszögmátrix ha a ij = 0 ha i > j. Tehát az n n-es 0 n mátrix benne van R-ben. Szintén R-beli A = a ij : ha a ij = 0 akkor a ij = 0. A, B R esetén A + B = a ij + b ij szintén felsőháromszögmátrix: a ij = b ij = 0 akkor a ij + b ij = 0. Megmutatjuk, hogy A, B R esetén C = AB is: c ij = a ik b kj. k Tegyük fel, hogy i > j. Ekkor minden k-ra vagy i > k vagy k < j, mert ha i k és k j lenne akkor i j is teljesülne. Ez azt jelenti, hogy a szorzatban a ik = 0 vagy b kj = 0 minden k-ra, tehát c ij = 0 vagyis C felsőháromszögmátrix. Megjegyzés: Természetesen úgy is meg lehetett oldani a feladatot, hogy az ember egyenként leellenőrzi az összes gyűrűaxiómát. Ekkor azonban nem csak azt kell leellenőriznie, hogy 0 R és A, B R esetén A, A + B, AB R hanem még az "azonosságokat" kommutatívitás, asszociatívitás, disztributívitás is. Vagyis az egy óriasi előny ha már van egy gyűrű és nekünk csak azt kell belátnunk, hogy az adott halmaz egy részgyűrű. Megjegyzés: Összehasonlítva a 4-es és 5-ös feladatokat azt láthatja az ember, hogy nagyon hasonló dolgokat kell leellenőrizni a részgyűrűséghez és a homomorfizmusoknál, de még sem teljesen ugyanazt. A részgyűrűnél az kell, hogy 0 R és A, B R esetén A, A + B, AB R, míg a homomorfizmusnál az kell, hogy φa + b = φa + φb és φab = φaφb. Felmerülhet a kérdés, hogy miért nem kell leellenőrizni, hogy φ0 = 0 és φ a = φa. A válasz az, hogy ezek következnek a φa + b = φa + φb azonosságból: φ0 = φ0 + 0 = φ0 + φ0 így φ0 = 0, továbbá φa + φ a = φa + a = φ0 = 0, így φ a = φa. A következő kérdés ami felmerülhet, hogy a részgyűrűnél is le kell-e ellenőrizni, hogy 0 R és a R ha a R vagy ez következik az összeadás és szorzás zártságából. A válasz az, hogy sajnos le kell ellenőrizni: a pozitív számok halmaza például zárt az összeadásra és a szorzásra, de a 0 nem pozitív és a sincs a pozitív számok halmazában ha a pozitív. Valójaban a következőről van szó: a gyűrűben nem csak két darab kétvaltozós művelet +, van, hanem egy egyváltozós a a művelet is van, sőt egy nulla változós is. 0. A részgyűrűknel ezen műveletekre való zártságot is meg kell nézni, a homomorfizmusnál viszont "szerencsénk van", ezek következnek a kétváltozós műveletekre rótt feltételekből.

6 6. Jelöljön p egy páratlan prímszámot. Számítsuk ki a 4p-edik körosztási polinomot. Megoldás: Tanultuk, hogy tetszőleges n-re vagy ami ezzel ekvivalens, hogy A 4p osztói 1, 2, 4, p, 2p, 4p, így Φ 4p x = Φ n x = xn 1 Φ d x d n d n x n 1 = d n Φ d x. x 4p 1 Φ 1 xφ 2 xφ 4 xφ p xφ 2p x. A fenti összefüggést n = 2p-re használva kapjuk, hogy x 2p 1 = Φ 1 xφ 2 xφ p xφ 2p x. Tehát x 4p 1 Φ 4p x = Φ 1 xφ 2 xφ 4 xφ p xφ 2p x = x 4p 1 x 2p 1Φ 4 x = x2p + 1 Φ 4 x. Megint csak a rekurziót használva: Φ 4 x = x4 1 Φ 1 xφ 2 x = x4 1 x 2 1 = x2 + 1. Valóban, a 4. primitív egységgyökök a ±i és x + ix i = x 2 + 1. Tehát Φ 4p x = x2p + 1 x 2 + 1 = x2p 1 x 2p 2 + x 2p 3 x 2p 4 + x 2 + 1. Ezutóbbi lépést egy maradékos osztással kaphatjuk. Megjegyzés: Fenti megoldásból azt a kulcslépést érdemes megjegyezni, hogy a nevezőben is fel lehet, és érdemes is felhasználni a rekurziót: az lépés rengeteg számolástól kimélt meg minket. x 2p 1 = Φ 1 xφ 2 xφ p xφ 2p x