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

Hasonló dokumentumok
Diszkrét matematika 1. estis képzés. Komputeralgebra Tanszék ősz

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika I.

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

Diszkrét matematika I.

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.

Számelmélet (2017. február 8.) Bogya Norbert, Kátai-Urbán Kamilla

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

Bevezetés az algebrába az egész számok 2

Számelmélet. 1. Oszthatóság Prímszámok

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

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

Kongruenciák. Waldhauser Tamás

Bevezetés az algebrába 1

Minden egész szám osztója önmagának, azaz a a minden egész a-ra.

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

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

SzA XIII. gyakorlat, december. 3/5.

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

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

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

illetve a n 3 illetve a 2n 5

Számelméleti alapfogalmak

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Waldhauser Tamás. Jelölés. Az egyszerűség kedvéért (a, b) ρ helyett gyakran azt írjuk, hogy aρb.

2. Feladatsor. N k = {(a 1,...,a k ) : a 1,...,a k N}

2. Tétel (Az oszthatóság tulajdonságai). : 2. Nullát minden elem osztja, de. 3. a nulla csak a nullának osztója.

Diszkrét matematika 2.

Oszthatóság. Oszthatóság definíciója (az egészek illetve a természetes számok halmazán):

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Vizsgatematika Bevezetés a matematikába II tárgyhoz tavasz esti tagozat

SZÁMELMÉLETI FELADATOK

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

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Diszkrét matematika I.

2017, Diszkrét matematika

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

7. Számelmélet. 1. Lehet-e négyzetszám az a pozitív egész szám, amelynek tízes számrendszerbeli alakjában 510 darab 1-es és valahány 0 szerepel?

2016, Diszkrét matematika

Számelmélet. 4. Igazolja, hogy ha hat egész szám összege páratlan, akkor e számok szorzata páros!

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

SE EKK EIFTI Matematikai analízis

RSA algoritmus. P(M) = M e mod n. S(C) = C d mod n. A helyesség igazoláshoz szükséges számelméleti háttér. a φ(n) = 1 mod n, a (a 1,a 2,...

Szakács Lili Kata megoldása

1. A maradékos osztás

Bevezetés az algebrába az egész számok

OSZTHATÓSÁG. Osztók és többszörösök : a 3 többszörösei : a 4 többszörösei Ahol mindkét jel megtalálható a 12 többszöröseit találjuk.

1. Polinomok számelmélete

Matematikai alapismeretek. Huszti Andrea

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

NEVEZETES SZÁMELMÉLETI FÜGGVÉNYEKRŐL

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás március 24.

Jelölés. Az egyszerűség kedvéért (a, b) ρ helyett gyakran azt írjuk, hogy aρb.

Diszkrét matematika I.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

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

2018, Diszkre t matematika. 10. elo ada s

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

Matematika 7. osztály

Eötvös Loránd Tudományegyetem. Természettudományi Kar. Gyarmati Richárd. Számelmélet feladatok szakkörre. Bsc szakdolgozat.

LÁNG CSABÁNÉ SZÁMELMÉLET. Példák és feladatok. ELTE IK Budapest javított kiadás

Szakdolgozat. Számelmélet feladatok szakkörre

Diszkrét matematika 2.C szakirány

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

2018, Diszkre t matematika. 8. elo ada s

Waldhauser Tamás december 1.

1. melléklet: A tanárokkal készített interjúk főbb kérdései

Diszkrét matematika 2.

HHF0CX. k darab halmaz sorbarendezésének a lehetősége k! Így adódik az alábbi képlet:

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 1.

GAUSS-EGÉSZEK ÉS DIRICHLET TÉTELE

Prímszámok. A cikkben szereplő eredmények 2008 decemberéből származnak.

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

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

1. Egész együtthatós polinomok

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny MATEMATIKA II. KATEGÓRIA (GIMNÁZIUM)

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet

4. Algebrai Módszerek Klasszikus Eredmények

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

Algoritmuselmélet gyakorlat (MMN111G)

2016, Diszkrét matematika

Bevezetés az algebrába 1

4. Számelmélet, számrendszerek

Juhász Tibor. Diszkrét matematika

Következik, hogy B-nek minden prímosztója 4k + 1 alakú, de akkor B maga is 4k + 1 alakú, s ez ellentmondás.

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

Oszthatósági problémák

Számelmélet. Oszthatóság

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

Diszkrét matematika I.

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

Átírás:

Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 1. Diszkrét matematika 1. középszint 10. előadás Nagy Gábor nagygabr@gmail.com nagy@compalg.inf.elte.hu compalg.inf.elte.hu/ nagy Mérai László diái alapján Komputeralgebra Tanszék 2017. ősz

Számelmélet Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 2. Számelmélet alaptétele Tétel Minden nem-nulla, nem egység egész szám sorrendtől és asszociáltaktól eltekintve egyértelműen feĺırható prímszámok szorzataként. Bizonyítás Csak nemnegatív számokra. Létezés: Indukcióval: n = 2, n = 3 esetén igaz (prímek). Általában ha n prím, akkor készen vagyunk, ha nem, akkor szorzatra bomlik nemtriviális módon. A tényezők már felbonthatók indukció alapján. Egyértelműség: Indukcióval: n = 2, n = 3 esetén igaz (felbonthatatlanok). Tfh. n = p 1 p 2 p k = q 1 q 2 q l, ahol p 1, p 2,..., p k, q 1, q 2,..., q l prímek, és n a legkisebb olyan szám, aminek két lényegesen különböző előálĺıtása van. p 1 osztja a bal oldalt, ezért osztja a jobb oldalt, így a prímtulajdonság miatt osztja annak valamelyik tényezőjét; feltehető p 1 q 1. Mivel q 1 felbonthatatlan (hiszen prím), ezért p 1 = q 1. Egyszerűsítve: n = p 2 p k = q 2 q l. Indukció alapján ez már egyértelmű.

Számelmélet Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 3. Számelmélet alaptétele Definíció Egy n nem-nulla egész szám kanonikus alakja: l n = ±p α1 1 pα2 2 pα l l = ± p α i i, ahol p 1, p 2,..., p l különböző pozitív i=1 prímek, α 1, α 2,..., α l pozitív egészek. Következmény Legyenek n, m > 1 pozitív egészek: n = p α1 1 pα2 2 pα l l, m = p β1 1 pβ2 2 pβ l l, (ahol most α i, β i 0 nemnegatív egészek!). Ekkor (n, m) = p min{α1,β1} 1 p min{α2,β2} 2 p min{α l,β l } l, [n, m] = p max{α1,β1} 1 p max{α2,β2} 2 p max{α l,β l } l, (n, m) [n, m] = n m.

Számelmélet Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 4. Osztók száma Definíció Egy n > 1 egész esetén legyen τ(n) az n pozitív osztóinak száma. Példa τ(6) = 4, osztók: 1, 2, 3, 6; τ(96) = 12, osztók: 1, 2, 3, 4, 6, 8,... Tétel Legyen n > 1 egész, n = p α1 1 pα2 2 pα l l τ(n) = (α 1 + 1) (α 2 + 1) (α l + 1). Bizonyítás kanonikus alakkal. Ekkor n lehetséges osztóit úgy kapjuk, hogy a d = p β1 1 pβ2 2 pβ l l kifejezésben az összes β i kitevő végigfut a {0, 1,..., α i } halmazon. Így ez a kitevő α i + 1-féleképpen választható. Példa τ(2 3) = (1 + 1) (1 + 1) = 4; τ(2 5 3) = (5 + 1) (1 + 1) = 12.

Számelmélet Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 5. Prímekről Tétel (Euklidesz) Végtelen sok prím van. Bizonyítás Indirekt tfh. csak véges sok prím van. Legyenek ezek p 1,..., p k. Tekintsük az n = p 1 p k + 1 számot. Ez nem osztható egyetlen p 1,..., p k prímmel sem (Miért?), így n prímtényezős felbontásában kell szerepelnie egy újabb prímszámnak. Tétel (Dirichlet, NB) Ha a, d egész számok, d > 0, (a, d) = 1, akkor végtelen sok ak + d alakú (k Z) prím van.

Számelmélet Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 6. Prímekről Prímszámtétel: x-ig a prímek száma Prímek száma: x. (Sok prím van!) ln x x prímek száma x/ ln x 10 4 4, 33 100 25 21, 71 1000 168 144, 76 10000 1229 1085, 73 Eratoszthenész szitája: Keressük meg egy adott n-ig az összes prímet. Soroljuk fel 2-től n-ig az egész számokat. Ekkor 2 prím. A 2 (valódi) többszörösei nem prímek, ezeket húzzuk ki. A következő (ki nem húzott) szám a 3, ez szintén prím. A 3 (valódi) többszörösei nem prímek, ezeket húzzuk ki... Ismételjük az eljárást n-ig. A ki nem húzott számok mind prímek.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 7. Kongruenciák Oszthatósági kérdésekben sokszor csak a maradékos osztás esetén kapott maradék fontos: hét napjai; órák száma. Példa 16 mod 3 = 1, 4 mod 3 = 1: 3-mal való oszthatóság esetén 16 = 4. Definíció Legyenek a, b, m egészek, ekkor a b (modm) (a és b kongruensek modulo m), ha m a b, és a b (modm) (a és b inkongruensek), ha m a b. Ekvivalens megfogalmazás: a b (modm) a mod m = b mod m, azaz m-mel osztva ugyanazt az osztási maradékot adják. Példa 16 4 (mod 3) ui. 3 16 4 16 mod 3 = 1 = 4 mod 3; 16 4 (mod 2) ui. 2 16 4 16 mod 2 = 0 = 4 mod 2; 16 4 (mod 5) ui. 5 16 4 16 mod 5 = 1 4 = 4 mod 5.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 8. Kongruencia tulajdonságai Tétel Minden a, b, c, d, m és m egész számra igaz: 1. a a (modm); 2. a b (modm), m m a b (modm ); 3. a b (modm) b a (modm); 4. a b (modm), b c (modm) a c (modm); 5. a b (modm), c d (modm) a + c b + d (modm); 6. a b (modm), c d (modm) ac bd (modm). Bizonyítás 1. m 0 = a a; 2. m m a b m a b; 3. m a b m b a = (a b); 4. m a b, m b c m a c = (a b) + (b c); 5. m a b, m c d m (a + c) (b + d) = (a b) + (c d); 6. a = q 1m + b, c = q 2m + d ac = (q 1m + b)(q 2m + d) = m(q 1q 2m + q 1d + q 2b) + bd.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 9. Kongruencia tulajdonságai Példa Mi lesz 345 mod 7 =? 345 = 34 10 + 5 6 3 + 5 = 18 + 5 4 + 5 = 9 2 (mod 7). Emlékeztető: a b (modm), c d (modm) ac bd (modm). Következmény: a b (modm) ac bc (modm). Példa 14 6 (mod 8) 42 18 (mod 8) A másik irány nem igaz! 2 7 2 3 (mod 8) 7 3 (mod 8).

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 10. Kongruencia tulajdonságai Tétel Legyenek a, b, c, m egész számok. ( Ekkor ) ac bc (modm) a b mod m (c,m) Következmény: (c, m) = 1 esetén ac bc (modm) a b (modm). Példa 2 7 2 3 (mod 8) 7 3 (mod 8 2 ). Bizonyítás Legyen d = (c, m). Ekkor ac bc (modm) m c(a b) m c ( m d d (a b). Mivel d, c ) = 1, d ezért m c d d (a b) m ( (a b) a b mod m ). d d

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 11. Lineáris kongruenciák Oldjuk meg a 2x 5 (mod 7) kongruenciát! Ha x egy megoldás és x y (mod 7), akkor y szintén megoldás. Keressük a megoldást a {0, 1,..., 6} halmazból! x = 0 2x = 0 5 (mod 7); x = 1 2x = 2 5 (mod 7); x = 2 2x = 4 5 (mod 7); x = 3 2x = 6 5 (mod 7); x = 4 2x = 8 1 5 (mod 7); x = 5 2x = 10 3 5 (mod 7); x = 6 2x = 12 5 (mod 7). A kongruencia megoldása: {6 + 7l : l Z}. Van-e jobb módszer? Oldjuk meg a 23x 4 (mod 211) kongruenciát! Kell-e 211 próbálkozás?

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 12. Lineáris kongruenciák Tétel Legyenek a, b, m egész számok, m > 1. Ekkor az ax b (modm) kongruencia pontosan akkor oldható meg, ha (a, m) b. Ez esetben pontosan (a, m) darab páronként inkongruens megoldás van modm. Bizonyítás ax b (modm) m ax b ax + my = b valamely y egészre. Ez egy kétváltozós, lineáris, diofantikus egyenlet, ami pontosan akkor oldató meg, ha (a, m) b. Ha ennek x 0 megoldása, akkor az összes megoldás feĺırható x t = x 0 + m t alakban, ahol t Z tetszőleges. Ebből x t x 0 = m (a,m) t, így m (a,m) megoldás, ha x x 0 (mod m (a,m) Tekintsük a következő (a, m) db megoldást: m (a,m) (a,m) x t x 0, vagyis x pontosan akkor ). x k = x 0 + k : k = 0, 1,..., (a, m) 1. Ezek páronként inkongruensek modm (Miért?), és bármely x megoldás esetén van köztük x-szel kongruens modm (Miért?).

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 13. Lineáris kongruenciák 1. ax b (modm) ax + my = b. 2. Pontosan akkor van megoldás, ha (a, m) b. 3. Oldjuk meg az ax + my = (a, m) egyenletet (bővített euklideszi algoritmus)! 4. Megoldások: x k = b (a,m) x + k m (a,m): k = 0, 1,..., (a, m) 1. Példa Oldjuk meg a 23x 4 (mod 211) kongruencát! i r i q i x i 1 23 1 0 211 0 1 23 0 1 2 4 9 9 3 3 5 46 4 1 1 55 5 0 3 Összes megoldás: {202 + 211l : l Z}. Algoritmus: r i 2 = r i 1 q i + r i, Algoritmus: x 1 = 1, x 0 = 0, Algoritmus: x i = x i 2 q ix i 1. Lnko: (23, 211) = 1 4 Egy megoldás: x 0 = 4( 55) 202 (mod 211). Ezek megoldások: 23 (202 + 211l) 4 = 4642 + 211l = (22 + l) 211

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 14. Lineáris kongruenciák Példa Oldjuk meg a 10x 8 (mod 22) kongruenciát! i r i q i x i 1 10 1 0 22 0 1 10 0 1 2 2 2 2 3 0 5 Algoritmus: r i 2 = r i 1 q i + r i, Algoritmus: x 1 = 1, x 0 = 0, Algoritmus: x i = x i 2 q ix i 1 Lnko: (10, 22) = 2 8 Két inkongruens megoldás: x 0 = 4( 2) 14 (mod 22) x 1 = 4( 2) + 1 22 2 14 + 11 3 (mod 22). Összes megoldás: {14 + 22l : l Z} {3 + 22l : l Z}. Ezek megoldások: x 0 = 14: 10 14 8 = 132 = 6 22, Ezek megoldások: x 1 = 3: 10 3 8 = 22 = 1 22.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 15. Diofantikus egyenletek Diofantikus egyenletek: egyenletek egész megoldásait keressük. Kétváltozós lineáris diofantikus egyenletek: ax + by = c, ahol a, b, c egészek adottak. Ez ekvivalens az ax c (modb), by c (moda) kongruenciákkal. Az ax + by = c pontosan akkor oldható meg, ha (a, b) c, és ekkor a megoldások megkaphatók a bővített euklideszi algoritmussal. További diofantikus egyenletek: x 2 + y 2 = 4: nincs valós megoldás. x 2 4y 2 = 3: nincs megoldás, ui. 4-gyel való osztási maradékok: x 2 3 (mod 4). De ez nem lehet, a négyzetszám maradéka 0 vagy 1: x x 2 mod 4 4k 0 4k + 1 1 4k + 2 0 4k + 3 1

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 16. Szimultán kongruenciák Szeretnénk olyan x egészet, mely egyszerre elégíti ki a következő kongruenciákat: } 2x 1 (mod 3) 4x 3 (mod 5) A kongruenciákat külön megoldva: Látszik, hogy x = 2 megoldás lesz! Vannak-e más megoldások? x 2 (mod 3) x 2 (mod 5) 2, 17, 32,...,2 + 15l; további megoldások? hogyan oldjuk meg az általános esetben: x 2 (mod 3) x 3 (mod 5) } }

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 17. Szimultán kongruenciák Feladat: Oldjuk meg a következő kongruenciarendszert: a 1x b 1 (modm 1) a 2x b 2 (modm 2). a nx b n (modm n) Az egyes a i x b i (modm i ) lineáris kongruenciák külön megoldhatóak: x c 1 (modm 1) x c 2 (modm 2). x c n (modm n)

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 18. Szimultán kongruenciák Feladat: Oldjuk meg a következő kongruenciarendszert: x c 1 (modm 1) x c 2 (modm 2). x c n (modm n) Feltehető, hogy az m 1, m 2,..., m n modulusok relatív prímek: ha pl. m 1 = m 1 d, m 2 = m 2 d, akkor az első két sor helyettesíthető: x c 1 (modm 1) x c 1 (modd) x c 2 (modm 2) x c 2 (modd) Ha itt c 1 c 2 (modd), akkor nincs megoldás, különben az egyik sor törölhető.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 19. Kínai maradéktétel Tétel Legyenek 1 < m 1, m 2,..., m n páronként relatív prím számok, c 1, c 2,..., c n egészek. Ekkor az x c 1 (modm 1) x c 2 (modm 2). x c n (modm n) kongruenciarendszer megoldható, és bármely két megoldás kongruens egymással modulo m 1 m 2 m n.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 20. Kínai maradéktétel x c 1 (modm 1 ), x c 2 (modm 2 ),..., x c n (modm n ). x =? Bizonyítás A bizonyítás konstruktív! Legyen m = m 1 m 2. A bővített euklideszi algoritmussal oldjuk meg az m 1 x 1 + m 2 x 2 = 1 egyenletet. Legyen c 1,2 = m 1 x 1 c 2 + m 2 x 2 c 1. Ekkor c 1,2 c j (modm j ) (j = 1, 2). Ha x c 1,2 (modm), akkor x megoldása az első két kongruenciának. Megfordítva: ha x megoldása az első két kongruenciának, akkor x c 1,2 osztható m 1 -gyel, m 2 -vel, így a szorzatukkal is: x c 1,2 (modm). Az eredeti kongruenciarendszer ekvivalens az x c 1,2 (modm 1m 2) x c 3 (modm 3). x c n (modm n) kongruenciarendszerrel. n szerinti indukcióval adódik az álĺıtás.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 21. Szimultán kongruenciák Példa x 2 (mod 3) x 3 (mod 5) } Oldjuk meg az 3x 1 + 5x 2 = 1 egyenletet! Megoldások: x 1 = 3, x 2 = 2. c 1,2 = 3 ( 3) 3 + 5 2 2 = 27 + 20 = 7. Összes megoldás: { 7 + 15l : l Z}={8 + 15l : l Z}. Példa x 2 (mod 3) x 3 (mod 5) x 4 (mod 7) c 1,2=8 = x 8 (mod 15) x 4 (mod 7) } Oldjuk meg a 15x 1,2 + 7x 3 = 1 egyenletet! Megoldások: x 1,2 = 1, x 3 = 2. c 1,2,3 = 15 1 4 + 7 ( 2) 8 = 60 112 = 52. Összes megoldás: { 52 + 105l : l Z}={53 + 105l : l Z}.

Kongruenciák Diszkrét matematika 1. középszint 2017. ősz 22. Maradékosztályok Sokszor egy adott probléma megoldása nem egy konkrét szám (számok családja), hanem egy egész halmaz (halmazok családja): 2x 5 (mod 7), megoldások: {6 + 7l : l Z} 10x 8 (mod 22), megoldások: {14 + 22l : l Z}, 10x 8 mod 22, megoldások: {3 + 22l : l Z}. Definíció Egy rögzített m modulus és a egész esetén, az a-val kongruens elemek halmazát az a által reprezentált maradékosztálynak nevezzük: a = {x Z : x a (modm)}={a + lm : l Z}.