802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä"

Transkriptio

1 802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät 2018 Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä

2 Sisältö 1 Lukuteoriaa Jakoalgoritmi ja alkuluvut Suurin yhteinen tekijä Pienin yhteinen jaettava Kongruenssi Kongruenssiyhtälö Jäännösluokat ja Eulerin ϕ-funktio Ryhmät Ryhmäteorian alkeita Jäännösluokkaryhmät Permutaatioryhmistä Aliryhmä ja sivuluokat Syklinen ryhmä Normaali aliryhmä ja tekijäryhmä Ryhmähomomorfismi

3 1 Lukuteoriaa Merkintöjä lukujoukoille: Luonnolliset luvut (natural numbers): N = {0, 1, 2, 3,...} Kokonaisluvut (integers): Z = {0, ±1, ±2, ±3,...} Positiiviset kokonaisluvut (positive integers): Z + = {1, 2, 3,...} 1.1 Jakoalgoritmi ja alkuluvut Lause Jos a, b Z ja b 0, niin on olemassa sellaiset yksikäsitteisesti määrätyt kokonaisluvut q ja r, että a = qb + r, missä 0 r < b. Huomautus. Yhtälöä a = qb + r, missä 0 r < b, sanotaan jakoyhtälöksi (jakoalgoritmi, division algorithm). Edelleen, ko. yhtälössä a on jaettava, b jakaja, q osamäärä ja r jakojäännös. Määritelmä Jos a, b Z ja on olemassa sellainen luku k Z, että b = ka, niin a jakaa luvun b. Tästä käytetään merkintää a b. Jos a ei jaa lukua b, niin merkitään a b. Edelleen, jos a b, niin lukua a kutsutaan luvun b tekijäksi. 3

4 Lause Olkoon a, b, c Z. Tällöin 1. ±1 a ja ±a a, 2. a 0, 3. jos 0 a, niin a = 0, 4. jos a 1, niin a = ±1, 5. jos a b ja b a, niin a = ±b, 6. jos a b ja b c, niin a c, 7. jos a b ja a c, niin a (b + c) ja a (b c), 8. jos a b ja a (b + c), niin a c, 9. jos a b, niin ma mb kaikilla m Z, 10. jos m Z \ {0} ja ma mb, niin a b. Todistettu kurssilla Johdatus matemaattiseen päättelyyn. Määritelmä Jos n Z ja luvun n ainoat tekijät ovat ±1 ja ±n, niin n on jaoton luku. Määritelmä Jos p N, p 2 ja luvulla p ei ole muita tekijöitä kuin ±1 ja ±p, niin lukua p sanotaan alkuluvuksi (prime number). Määritelmä Jos luku n Z voidaan esittää muodossa n = ab, missä a, b Z ja a, b 2, niin sanotaan, että n on yhdistetty luku (composite number). Lause Jos a N, a 2, niin a voidaan esittää alkulukujen tulona. Todistettu kurssilla Johdatus matemaattiseen päättelyyn. Lause Alkulukuja on äärettömän monta. Todistettu kurssilla Johdatus matemaattiseen päättelyyn. 4

5 1.2 Suurin yhteinen tekijä Suurinta sellaista positiivista kokonaislukua t, joka jakaa sekä kokonaisluvun a että kokonaisluvun b, sanotaan lukujen a ja b suurimmaksi yhteiseksi tekijäksi Määritelmä Olkoot a ja b kokonaislukuja ja ainakin toinen nollasta poikkeava. Jos positiivinen kokonaisluku t toteuttaa seuraavat ehdot: 1. t a ja t b; 2. Jos c a ja c b, niin c t, niin sanotaan, että t on lukujen a ja b suurin yhteinen tekijä (greatest common divisor); merkitään t = syt(a, b) tai t = (a, b). Lause Jos a, b Z ja luvuista ainakin toinen 0, niin syt(a, b) on olemassa yksikäsitteisenä. Lisäksi on olemassa sellaiset kokonaisluvut x ja y, että ax + by = syt(a, b). Eukleideen algoritmi Jos on annettu kaksi kokonaislukua a ja b, niin syt(a, b) löydetään ns. Eukleideen algoritmin avulla: Olkoot a, b Z, a 0, b 0. Tällöin Lauseen nojalla a = q 1 b + r 1, missä 0 < r 1 < b, b = q 2 r 1 + r 2, missä 0 < r 2 < r 1, r 1 = q 3 r 2 + r 3, missä 0 < r 3 < r 2,. r n 3 = q n 1 r n 2 + r n 1, missä 0 < r n 1 < r n 2, r n 2 = q n r n 1 + r n, missä 0 < r n < r n 1, r n 1 = q n+1 r n. 5

6 Menettely todella päättyy ja viimeisen rivin mukainen muoto löytyy, sillä jono r 1, r 2,... on aidosti vähenevä ja alhaalta rajoitettu. Edelleen havaitaan, että 1. r n r n 1 r n r n 2... r n b r n a, ts. r n jakaa sekä luvun a että luvun b; 2. c a ja c b c r 1 c r 2... c r n. Näin ollen luku r n on Määritelmän mukaisesti lukujen a ja b suurin yhteinen tekijä eli r n = syt(a, b). Lause Olkoon syt(a, b) = d. Tällöin syt( a d, b d ) = 1. Lause Jos syt(a, b) = 1 ja a bc, niin a c. Lause Jos p on alkuluku ja p ab, niin p a tai p b. Jos erityisesti a ja b ovat alkulukuja, niin p = a tai p = b. Harjoituksissa. Jokainen kokonaisluku n 2 voi- Lause (Aritmetiikan peruslause). daan esittää yksikäsitteisesti muodossa n = p a 1 1 p a 2 2 p a k k, missä p 1 < p 2 <... < p k ovat alkulukuja ja eksponentit a 1, a 2,..., a k Z +. Lauseen nojalla esitys n = p a 1 1 p a 2 2 p a k k esitys yksikäsitteinen? on olemassa. Onko Tehdään vastaoletus: Väite ei ole tosi, eli esitys ei aina ole yksikäsitteinen. Tällöin on olemassa pienin positiivinen kokonaisluku m 2, joka ei toteuta väitettä. 6

7 Siis luvulla m on esitykset ja m = p a 1 1 p a 2 2 p a k k, m = q b 1 1 q b 2 2 q b l l, missä p 1 < p 2 <... < p k ja q 1 < q 2 <... < q l ovat alkulukuja ja kaikki eksponentit positiivisia kokonaislukuja. Koska p 1 m ja m = q b 1 1 q b l l, niin Lauseen nojalla p 1 q b i i jollakin i {1,..., l}. Koska p 1 ja q i ovat alkulukuja, niin täytyy olla p 1 = q i. Toisaalta q 1 m, missä m = p a 1 1 p a 2 2 p a k jollakin j {1,..., k}. Koska q 1 ja p j ovat alkulukuja, niin täytyy olla p a j j q 1 = p j. k, joten q 1 jakaa jonkin luvuista Näin ollen joten on oltava p 1 = q 1. p 1 p j = q 1 q i = p 1, Koska m p 1 < m, niin kokonaisluvulla m = p a p a 2 2 p a k k p = qb q b 2 2 q b l l 1 on yksikäsitteinen väitteen mukainen esitys. Siis ja k = l, p 2 = q 2,..., p k = q k a 1 1 = b 1 1, a 2 = b 2,..., a k = b k. Mutta tällöin myös a 1 = b 1 ja luvulla m on yksikäsitteinen väitteen mukainen esitys, mikä on ristiriidassa vastaoletuksen kanssa. Siis vastaoletus on väärä ja väite tosi. 7

8 1.3 Pienin yhteinen jaettava Pienintä sellaista positiivista kokonaislukua t, jonka sekä kokonaisluku a että kokonaisluku b jakavat, sanotaan lukujen a ja b pienimmäksi yhteiseksi jaettavaksi. Määritelmä Olkoot a ja b kokonaislukuja. Jos positiivinen kokonaisluku t toteuttaa seuraavat ehdot: 1. a t ja b t; 2. Jos a c ja b c, niin t c, niin sanotaan, että t on lukujen a ja b pienin yhteinen jaettava (lowest common multiple); merkitään t = pyj(a, b). Lause Olkoot a, b Z. Tällöin pyj(a, b) = a b syt(a, b). Merkitään d = syt(a, b). Tällöin d a ja d b eli on olemassa sellaiset x, y Z, että a = xd ja b = yd, jolloin a b d xd yd = d = xyd = ay = bx Z. Siispä a a b d ja b a b d eli Määritelmän ehto 1. toteutuu. 8

9 Olkoon c Z ja oletetaan, että a c ja b c. Tällöin on olemassa sellaiset k, l Z, että c = ka = lb. Koska d = syt(a, b), niin Lauseen nojalla on olemassa sellaiset m, n Z, että d = na + mb. Tällöin Siispä a b d cd = cna + cmb cd = lbna + kamb cd = ab(ln + km) c = ab (ln + km). d c, joten Määritelmän ehto 2. toteutuu. Näin ollen pyj(a, b) = a b d = a b syt(a, b). 9

10 1.4 Kongruenssi Oletetaan, että m Z + ja a, b Z. Jos m a b, niin sanotaan, että luku a on kongruentti luvun b kanssa modulo m. Merkitään a b (mod m) tai a b (m). Lisäksi määritellään luvun a Z määräämä jäännösluokka modulo m joukkona [a] seuraavasti: [a] = [a] m = {x Z x a (mod m)}. Lause Olkoon a, b, c Z ja m Z +. Tällöin 1. a a (mod m), 2. jos a b (mod m), niin b a (mod m), 3. jos a b (mod m) ja b c (mod m), niin a c (mod m). Lisäksi [a] = {x Z x a (mod m)} = {x Z x = a + km, k Z} = [a + km]. Lause Olkoon a, b Z. Tällöin a b (mod m) jos ja vain jos luvuilla a ja b on sama jakojäännös jaettaessa luvulla m. Edellisen lauseen perusteella [a] = [a] m = {x Z x a (mod m)} = {x Z luvulla x sama jakojäännös kuin luvulla a jaettaessa luvulla m}. 10

11 Lause Tällöin Olkoon a, b, c, d Z, a b (mod m) ja c d (mod m). 1. a + c b + d (mod m), 2. ac bd (mod m), 3. a n b n (mod m) kaikilla n N. Lause Olkoon a b (mod m) sekä c Z. Tällöin ac bc (mod m). Lause Jos ac bc (mod m) ja syt(c, m) = 1, niin a b (mod m). Ts. tässä tapauksessa c voidaan "supistaa". Lause Olkoon a, b Z ja c Z +. Tällöin a b (mod m) jos ja vain jos ac bc (mod mc). Harjoituksissa. Lause Olkoon a Z ja m Z +. Tällöin m a jos ja vain jos a 0 (m). 11

12 Lause Olkoon a b (mod m). Tällöin m a jos ja vain jos m b. Huomautus. Olkoon a, b, c, d Z. Tällöin a + b c + d (m) a + b d c (m) a c + d b (m). Lause Olkoon a, b Z ja a b (mod m). Tällöin syt(a, m) = syt(b, m). Olkoon d = syt(a, m) eli d a ja d m. Koska a b (mod m) eli m a b, niin d a b. Koska d a b ja d a, niin d b. Siten d on lukujen m ja b yhteinen tekijä. Olkoon c toinen lukujen m ja b yhteinen tekijä, eli c m ja c b. Koska m a b, niin c a b ja lopulta c a. Siten c a ja c m. Koska d = syt(a, m), niin c d. Näin ollen d = syt(b, m). 12

13 1.5 Kongruenssiyhtälö Lause Kongruenssiyhtälö ax b(m) on ratkeava, mikäli syt(a, m) = 1. Jos x 0 on jokin tämän kongruenssiyhtälön ratkaisu, niin kaikki ratkaisut ovat muotoa x x 0 (m). v, että Koska syt(a, m) = 1, niin on olemassa sellaiset kokonaisluvut u ja au + mv = 1. 1) Ratkaisun olemassaolo Nyt x 0 = ub on kongruenssiyhtälön ax b(m) eräs ratkaisu, sillä ax 0 = a(ub) = (au)b = (1 mv)b = b bmv b (m). Näin ollen kongruenssiyhtälöllä ax b(m) on olemassa ratkaisu x 0. 2) Kaikki ratkaisut Olkoon nyt x 0 kongruenssiyhtälön ax b(m) eräs ratkaisu ja x 1 x 0 (m). Onko x 1 myös kongruenssiyhtälön ax b(m) ratkaisu? Nyt siis ax 0 b(m) ja x 1 x 0 (m). Jälkimmäisestä kongruenssista saadaan ax 1 ax 0 (m), jolloin ketjuttamalla saadaan ax 1 b(m), eli myös x 1 on kongruenssiyhtälön ax b(m) ratkaisu. 13

14 Tarkastellaan lopuksi kongruenssiyhtälön ax b(m) ratkaisujen välistä suhdetta toisiinsa. Olkoot x 0 ja x 1 kongruenssiyhtälön ax b(m) ratkaisuja. Siis ax 0 b(m) ja ax 1 b(m). Jälleen ketjuttamalla saadaan ax 0 ax 1 (m). Koska syt(a, m) = 1, niin voidaan supistaa eli x 0 x 1 (m). Lause Olkoon syt(a, m) = d > 1. Tällöin kongruenssiyhtälöllä ax b (m) on ratkaisu täsmälleen silloin, kun d b. Jos x 0 on jokin ratkaisu, niin kaikki ratkaisut ovat muotoa x x 0 ( m d ). Olkoon d = syt(a, m). 1) Osoitetaan ensin, että jos d b, niin ratkaisua yhtälölle ei ole. Olkoon d b. Jos kongruenssiyhtälöllä ax b (m) on ratkaisu x 0, niin ax 0 b (m). Tällöin m ax 0 b, jolloin myös d ax 0 b. Koska d a, niin edellisestä seuraa että d b. Tämä on ristiriita alkuoletuksen d b kanssa. 14

15 Näin ollen kongruenssiyhtälöllä ax b (m) ei ole ratkaisua kun d b. 2) Osoitetaan seuraavaksi, että jos d b, niin ratkaisu yhtälölle on olemassa. Olkoon d b. Tällöin d b, d a ja d m, eli a = a d, b = b d ja m = m d, missä a, b, m Z. Näin ollen kongruenssiyhtälö saadaan yhtäpitävään muotoon ax b a dx b d (m) (m d). Tästä saadaan Lauseen nojalla yhtäpitävä kongruenssiyhtälö a x b (m ). Nyt Lauseen nojalla syt(a, m ) = 1. Näin ollen Lauseen nojalla kongruenssiyhtälö a x b (m ) on ratkeava. Lisäksi, jos eräs ratkaisu on x 0, niin kaikki ratkaisut ovat x x 0 (m ) eli x x 0 ( m d ). Nämä ovat myös alkuperäisen kongruenssiyhtälön ax b (m) ratkaisuja, koska yhtälöt ovat keskenään yhtäpitäviä. 15

16 Huomautus. Ratkaistaessa Lauseen oletukset täyttävää kongruenssiyhtälöä, supistetaan Lauseen mukaisesti syt(a, b) pois, jolloin päästään tarkastelemaan Lauseen mukaista kongruenssiyhtälöä. Huomautus. Ratkaistaessa Lauseen oletukset täyttävää kongruenssiyhtälöä etsitään ensin yksi ratkaisu Eukleideen algoritmin avulla ja käytetään sitten kaikkien ratkaisujen muotoilemiseen lauseen jälkimmäistä osaa. 16

17 1.6 Jäännösluokat ja Eulerin ϕ-funktio Määritelmä Kokonaislukujen joukossa Z määritellyn kongruenssin x y (mod m) m x y perusteella määritellään jäännösluokat modulo m (residue class). Kokonaisluvun y Z määräämästä jäännösluokasta modulo m käytetään merkintää [y] = [y] m = {x Z x y (m)}. Koska x y (mod m) jos ja vain jos luvuilla x ja y on sama jakojäännös r jaettaessa luvulla m, niin luvun y määräämässä jäännösluokassa modulo m, eli joukossa [y], on kaikki sellaiset kokonaisluvut x, joilla on sama jakojäännös r kuin luvulla y jaettaessa luvulla m. Näin ollen joukossa [y] on myös jakojäännös r. Jakoalgoritmin nojalla jaettaessa luvulla m, jakojäännöksiä voivat olla vain luvut 0, 1, 2,..., m 1. Koska kaikki saman jäännösluokan luvut määrää saman jäännösluokan, niin kaikki jäännösluokat (mod m) ovat {[0], [1], [2],..., [m 1]}. Tästä jäännösluokkien (mod m) joukosta käytetään merkintää Z m. Siis Z m = {[0], [1], [2],..., [m 1]} ja Z m = m. Määritelmä Jäännösluokkaa [a] (mod m) sanotaan alkuluokaksi (mod m) (prime class), mikäli syt(a, m) = 1. Alkuluokkien joukkoa merkitään Z m. Siis Z m = {[a] Z m syt(a, m) = 1}. Huomautus. Jos p on alkuluku, niin Z p = {[1], [2],..., [p 1]}. 17

18 Määritelmä Funktio ϕ : Z + Z +, ϕ(m) = Z m on Eulerin ϕ-funktio. Siis ϕ(m) kertoo alkioiden lukumäärän joukossa {x x N, x < m ja syt(x, m) = 1}. Lause Jos p on alkuluku, niin ϕ(p) = p 1 eli Z p = p 1. Lause Jos p on alkuluku ja k Z +, niin ϕ(p k ) = p k 1 (p 1) eli Z p k = p k 1 (p 1). Lause Olkoon m, n Z +. Jos syt(m, n) = 1, niin ϕ(mn) = ϕ(m)ϕ(n). Nyt syt(mn, a) = 1 syt(m, a) = 1 ja syt(n, a) = 1. Muodostetaan luvuista 0, 1,..., mn 1 seuraava taulukko (taulukossa on n pystyriviä ja m vaakariviä): n 1 n n + 1 n n 1 2n 2n + 1 2n n 1.. (m 1)n (m 1)n + 1 (m 1)n mn 1 0 (n) 1 (n) 2 (n) n 1 (n) [0] n [1] n [2] n... [n 1] n Nyt kullakin pystyrivillä on tarkalleen yhden jäännösluokan alkioita mod n. Pystyriveistä ϕ(n) kappaletta sisältyy alkuluokkiin mod n, toisin sanoen näiden pystyrivien alkioiden suurin yhteinen tekijä luvun n kanssa on 1. 18

19 Tarkastellaan sitten yhtä alkuluokkaan mod n liittyvää pystyriviä mod m suhteen. Olkoon tämä pystyrivi k n + k 2n + k. (m 1)n + k Jos [dn + k] = [tn + k] (mod m), missä 0 d, t < m, niin dn + k tn + k (m) eli dn tn (m) ja koska syt(m, n) = 1 niin d t (m). Nyt m d t ja siten d = t, koska d, t < m. Näin ollen pystyrivin kaikki alkiot sisältyvät eri jäännösluokkaan mod m, eli pystyrivillä on edustajat kaikista jäännösluokista mod m. Tällöin tämän pystyrivin luvuista ϕ(m) kappaletta on sellaisia, että ne ovat alkuluokassa mod m, eli suurin yhteinen tekijä luvun m kanssa on 1. Näin ollen lukuja, joiden suurin yhteinen tekijä luvun mn kanssa on 1, eli lukuja, joiden suurin yhteinen tekijä sekä luvun m että luvun n kanssa on 1, on ϕ(n) ϕ(m) kappaletta. Siis ϕ(mn) = ϕ(m)ϕ(n). Lause (Seuraus). Jos m Z + ja luvulla m on esitys m = p a 1 1 p a 2 2 p ar r eri alkulukujen potenssien tulona, niin ϕ(m) = ϕ(p a 1 1 ) ϕ(p a 2 2 ) ϕ(p ar r ) = p a (p 1 1) p a (p 2 1) p ar 1 r (p r 1) = r i=1 p a i 1 i (p i 1). Lauseet ja

20 Lause (Eulerin teoreema). Olkoot a, m Z +. Jos syt(a, m) = 1, niin a ϕ(m) 1 (m). Todistus ryhmäteoria-osassa. Lause (Fermat n pieni lause). Olkoon p alkuluku ja a Z +. Jos p a, niin a p 1 1 (p). Luennolla Lause (Seuraus). Olkoon p alkuluku ja a Z +. Tällöin a p a (p). 20

21 2 Ryhmät 2.1 Ryhmäteorian alkeita Määritelmä Olkoon S ei-tyhjä joukko. Kuvaus : S S S, (a, b) a b, on joukon S binäärinen operaatio (eli a b S aina, kun a, b S ja a b on yksikäsitteinen). Lisäksi binäärinen operaatio ( ) on kommutatiivinen (vaihdannainen) joukossa S, jos a b = b a aina, kun a S ja b S; assosiatiivinen (liitännäinen), jos a (b c) = (a b) c aina, kun a, b, c S. Määritelmä Olkoot G ja ( ) joukon G operaatio. Pari (G, ) on ryhmä (group), mikäli seuraavat ehdot toteutuvat: 1. Operaatio ( ) on binäärinen joukossa G eli a b G aina, kun a, b G. Lisäksi alkio a b G on yksikäitteinen; 2. Operaatio ( ) on assosiatiivinen joukossa G eli aina, kun a, b, c G; (a b) c = a (b c) 3. Joukossa G on sellainen alkio e, että a e = e a = a aina, kun a G. Alkiota e kutsutaan neutraali- eli ykkösalkioksi (identity/neutral element); 4. Aina, kun a G, on olemassa sellainen alkio a 1 G, että a a 1 = a 1 a = e. Alkiota a 1 kutsutaan alkion a käänteisalkioksi (inverse element). 21

22 Jos lisäksi 5. operaatio ( ) on kommutatiivinen joukossa G eli a b = b a aina, kun a, b G, niin kyseessä on Abelin ryhmä eli kommutatiivinen ryhmä. Jatkossa ryhmästä (G, ) käytetään merkintää G, mikäli operaatiosta ( ) ei ole epäselvyyttä. Tällöin operaatiota a b merkitään lyhyesti ab. Lause Olkoot G ryhmä sekä a, b G. Tällöin 1. neutraalialkio e on yksikäsitteinen; 2. kunkin alkion a G käänteisalkio a 1 on yksikäsitteinen; 3. yhtälöllä ax = b on yksikäsitteinen ratkaisu x G; 4. yhtälöllä ya = b on yksikäsitteinen ratkaisu y G. Luennolla ja Harjoituksissa. Lause Ryhmässä G ovat voimassa seuraavat lait: 1. ab = ac b = c; 2. ba = ca b = c; 3. (ab) 1 = b 1 a 1 ; 4. (a 1 ) 1 = a. Luennolla ja Harjoituksissa. Ryhmän G kertaluku (the order of G) tarkoittaa joukon G alkioiden lukumäärää; merkitään G. 22

23 Huomautus. Äärettömässä ryhmässä (infinite group) on ääretön määrä alkioita. Äärellisessä ryhmässä (finite group) on äärellinen määrä alkioita ja siis myös ryhmäoperaation tuloksia. Näin ollen äärellisessä tapauksessa voidaan kirjoittaa ryhmätaulu (group table), johon merkitään kaikkien ryhmäoperaatioiden tulokset omiin soluihinsa. r a y l h k m i a o n t ryhman alkiot alkioiden väliset operaatiot Huomautus. Ryhmätaulun jokaisella vaaka- ja pystyrivillä esiintyy kukin ryhmän G alkio tarkalleen kerran. Abelin ryhmän ryhmätaulu on symmetrinen taulukon lävistäjän suhteen. 23

24 2.2 Jäännösluokkaryhmät Jaettaessa kokonaislukuja luvulla m Z +, jakoalgoritmi ja samoin myös kongruenssi modulo m jakaa joukon Z erillisiin jäännösluokkiin modulo m: Z m = {[0], [1], [2],..., [m 1]}, missä m Z +. Miten jäännösluokilla (mod m) lasketaan? Olkoon x [a] ja y [b], eli x a (m) ja y b (m). Tällöin x+y a+b (m) ja xy ab (m), eli x+y [a + b] ja x y [a b]. Näin ollen määritellään jäännösluokkien modulo m yhteenlasku ja kertolasku seuraavasti: ja [a] + [b] = [a + b] [a] [b] = [ab]. Huomautus. Yhteenlasku (mod m) ja kertolasku (mod m) eivät riipu jäännösluokkien edustajien a ja b valinnasta. Lause Pari (Z m, +) on Abelin ryhmä. Huomautus. (Z m, +) = m. 24

25 Jäännösluokkaa [a] (mod m) sanotaan alkuluokaksi (mod m), mikäli syt(a, m) = 1. Alkuluokkien (mod m) joukkoa merkitään Z m. Siis Z m = {[a] Z m syt(a, m) = 1}. Tarkastellaan seuraavaksi joukkoa Z m varustettuna kertolaskulla (mod m). Lause Pari (Z m, ) on Abelin ryhmä. Ongelma. Olkoon m Z +. Helposti nähdään, että ryhmän (Z m, +) kertaluku (Z m, +) = m. Mutta miten lasketaan ryhmän (Z m, ) kertaluku (Z m, )? Seuraavat lauseet on esitetty aiemmin luvussa 1.6. Lause Z m = ϕ(m), missä ϕ(m) on Eulerin ϕ-funktio. Lause Jos p on alkuluku, niin Z p = ϕ(p) = p 1. Lause Jos p on alkuluku ja k N, niin Z p k = ϕ(p k ) = p k 1 (p 1). Lause Jos m Z + ja luvulla m on esitys m = p a 1 1 p a 2 2 p ar r alkulukujen potenssien tulona, niin Z m = ϕ(m) = ϕ(p a 1 1 ) ϕ(p a 2 2 ) ϕ(p ar r ) = p a (p 1 1) p a (p 2 1) p ar 1 r (p r 1) = r i=1 p a i 1 i (p i 1). eri 25

26 2.3 Permutaatioryhmistä Määritelmä Olkoon X. Bijektiivistä kuvausta f : X X sanotaan joukon X permutaatioksi (permutation). Huomautus. Kuvaus f : X X on bijektio jos ja vain jos se on 1. injektio eli ehdosta f(a) = f(b) seuraa, että a = b aina, kun a, b X, 2. surjektio eli jokaiselle b X on olemassa sellainen a X, että f(a) = b. Lause Olkoon S X joukon X kaikkien permutaatioiden joukko. Jos ( ) on kuvausten yhdistämisoperaatio, niin (S X, ) on ryhmä. Huomautus. Yleensä ( ) ei ole kommutatiivinen operaatio, eli (S X, ) ei yleensä ole Abelin ryhmä. Permutaatioiden muodostamia ryhmiä nimitetään permutaa- Huomautus. tioryhmiksi. Määritelmä Jos X = n, niin merkitään S X = S n. Näin saadaan astetta n oleva symmetrinen ryhmä (symmetric group of order n). Lause Astetta n olevan symmetrisen ryhmän S n kertaluku S n = n! Huomautus. Jos X on äärellinen joukko, niin mikä tahansa sen permutaatio voidaan esittää nk. permutaatiomatriisin avulla. Esimerkki. Olkoon X = 3. Määrää astetta 3 olevan symmetrisen ryhmän S 3 kaikki alkiot. Onko kyseessä Abelin ryhmä? 26

27 2.4 Aliryhmä ja sivuluokat Määritelmä Olkoon (G, ) ryhmä ja H G, H. Jos (H, ) on ryhmä, sitä sanotaan ryhmän (G, ) aliryhmäksi (subgroup); merkitään (H, ) (G, ) tai lyhyemmin H G. Huomautus. Jos H G, niin aina ryhmän G neutraalialkio e G H. Lause (1. Aliryhmäkriteeri). Olkoot G ryhmä ja H G, H. Nyt H G jos ja vain jos seuraavat ehdot toteutuvat: 1. a, b H ab H; 2. a H a 1 H. Lause (2. Aliryhmäkriteeri). Olkoot G ryhmä ja H G, H. Tällöin H G jos ja vain jos ehto on voimassa. a, b H ab 1 H Jos H G, niin ehto toteutuu, sillä H on ryhmä. Oletetaan, että ehto on voimassa. Jos a H, niin ehdon nojalla aa 1 = e H. Edelleen ea 1 = a 1 H, joten Lauseen ehto 2. toteutuu. Jos a, b H, niin edellisen nojalla b 1 H ja ehdon nojalla ab = a(b 1 ) 1 H. Siispä myös Lauseen ehto 1. toteutuu. Näin ollen Lauseen nojalla H G. Huomautus. Jos (G, ) on ryhmä, a G ja n Z +, niin a n = a} a {{... a}. n kpl 27

28 Lause (3. Aliryhmäkriteeri). Olkoot G ryhmä ja H ryhmän G äärellinen ei-tyhjä osajoukko. Tällöin H G jos ja vain jos ehto on voimassa. a, b H ab H Huomautus. Äärellisessä tapauksessa siis riittää, että ryhmän G ryhmäoperaatio on binäärinen joukossa H. Äärettömässä tapauksessa tämä ei vielä takaa sitä, että H olisi ryhmän G aliryhmä. Huomautus. Jos G on ryhmä, niin aina G G ja {e G } G. Näitä ryhmiä sanotaan ryhmän G triviaaleiksi aliryhmiksi. Määritelmä Olkoon (H, ) (G, ) ja a G. Tällöin joukkoa ah = a H = {a h h H} sanotaan alkion a määräämäksi aliryhmän H vasemmaksi sivuluokaksi (left coset). Lause Olkoon G ryhmä, H G ja a 1 H, a 2 H,... aliryhmän H vasemmat sivuluokat ryhmässä G. Tällöin G = i a i H ja aina joko a i H a j H = tai a i H = a j H. Lisäksi, jos b ah, niin bh = ah. Ja kääntäen, jos bh = ah, niin b ah. 28

29 Huomautus. Koska eh = H, niin H itse on eräs vasen sivuluokka. Kun h H, niin hh = H. Nyt sivuluokassa ah on yhtä monta alkiota kuin aliryhmässä H eli ah = H kaikilla a G. Vasenta sivuluokkaa vastaavalla tavalla voidaan määritellä myös ryhmän G alkion a määräämä aliryhmän H oikea sivuluokka Ha = H a = {h a h H}, missä a G. Oikeilla sivuluokilla on voimassa samat ominaisuudet kuin vasemmilla sivuluokilla. Lause (Lagrangen lause). Olkoot G äärellinen ryhmä, H G ja n aliryhmän H vasempien sivuluokkien lukumäärä ryhmässä G. Tällöin G = n H, ts. äärellisessä ryhmässä aliryhmän kertaluku jakaa ryhmän kertaluvun. Lause Jos äärellisen ryhmän G kertaluku on alkuluku, niin sen ainoat mahdolliset aliryhmät ovat {e} ja G (nk. triviaalit aliryhmät). 29

30 2.5 Syklinen ryhmä Olkoon (G, ) ryhmä ja a G. Kun n Z +, niin määritellään a n = a a... a }{{} n kpl ja a n = a} 1 a 1 {{... a 1 }. n kpl Lisäksi asetetaan a 0 = e. Tällöin joukko H = {a k k Z} on ryhmän G osajoukko. Lause Olkoon (G, ) ryhmä, a G ja H = {a k k Z}. Tällöin (H, ) on ryhmän (G, ) aliryhmä. Määritelmä Yllä määriteltyä ryhmää H = {a k k Z} sanotaan alkion a generoimaksi sykliseksi ryhmäksi (cyclic group); merkitään H = a. Alkio a on generoija (generator). Lause Jos ryhmän kertaluku on alkuluku, niin ryhmä on syklinen. Huomautus. Ryhmä (Z m, +) on syklinen. Sen sijaan ryhmä (Z m, ) ei välttämättä ole syklinen. Lause Olkoot G ryhmä ja a G sekä n pienin sellainen positiivinen kokonaisluku, että a n = e. Tällöin a = n ja a = {a 0 = e, a 1 = a, a 2, a 3,..., a n 1 }. Huomautus. Lauseen mukaista lukua n sanotaan alkion a kertaluvuksi; alkion a kertaluvusta käytetään merkintää a, a tai ord(a). Lause luvun k. Olkoon G ryhmä ja a G. Jos a k = e, niin a = n jakaa Harjoituksissa. 30

31 Lause Syklisen ryhmän jokainen aliryhmä on syklinen. Olkoon G = a = {a k k Z} ja H G. Nyt jokainen aliryhmän H alkio on alkion a potenssi. Jos H = {e}, niin H = e on syklinen. Jos H {e}, niin on olemassa sellainen m Z +, että a m H. Olkoon sitten n = min{m a m H, m Z + }. Osoitetaan, että H = a n. Olkoon b H mielivaltainen. Siis on olemassa sellainen l Z, että b = a l. Nyt jakoalgoritmin (Lause 1.1.1) nojalla l = qn + r, missä q, r Z ja 0 r < n. Siis b = a l = a qn+r = (a n ) q a r. Koska a n H ja b H, niin a r = [(a n ) q ] 1 b H. Koska 0 r < n, niin luvun n valinnasta johtuen täytyy olla r = 0. Siis l = qn ja b = a l = a qn = (a n ) q. Täten H = a n on syklinen. Lause Lause Syklinen ryhmä on aina Abelin ryhmä. Jos G on äärellinen ryhmä, niin kaikilla a G Lause (Eulerin teoreema). a G = e. Jos a, m Z + ja syt(a, m) = 1, niin a ϕ(m) 1(m). 31

32 2.6 Normaali aliryhmä ja tekijäryhmä Määritelmä Olkoon N G. Aliryhmää N sanotaan normaaliksi (normal subgroup), mikäli an = Na aina, kun a G. Tällöin merkitään N G. Huomautus. {e} G ja G G. Jos G on Abelin ryhmä ja N G, niin kaikilla a G pätee an = {an n N} = {na n N} = Na. Siis Abelin ryhmän jokainen aliryhmä on normaali. Lause (Normaalisuuskriteeri). Ryhmän G aliryhmä N on normaali jos ja vain jos ana 1 N aina, kun a G. Huomautus. Kun todistetaan, että N G, niin pitää osoittaa, että 1. N G; 2. ana 1 N aina, kun a G ja n N (aliryhmän normaalisuuskriteeri). Olkoon nyt (N, ) (G, ). Vasempien sivuluokkien joukossa {an a G} voidaan määritellä operaatio ( ) seuraavasti: an bn = (a b)n. Näin saatu operaatio on hyvin määritelty (well-defined) eli se ei ole riippuvainen sivuluokkien an ja bn edustajista. Lisäksi sivuluokkien joukko {an a G} yhdessä kyseisen operaation kanssa on rakenteeltaan ryhmä. 32

33 Lause Olkoon (G, ) ryhmä ja N G. Tällöin ({an a G}, ) on ryhmä. Määritelmä Edellä esiteltyä paria ({an a G}, ) kutsutaan ryhmän G tekijäryhmäksi normaalin aliryhmän N suhteen (factor group/quotient group of G by N). Kyseisestä ryhmästä käytetään merkintää G/N. Huomautus. mikäli ryhmä G on äärellinen. G/N = G N, Lause Olkoon (G, ) ryhmä ja N G. Jos ryhmä G on Abelin ryhmä, niin tällöin myös tekijäryhmä G/N on Abelin ryhmä. Pohdi itse. Lause Olkoon (G, ) ryhmä ja N G. Jos ryhmä G on syklinen ryhmä, niin tällöin myös tekijäryhmä G/N on syklinen. Pohdi itse. 33

34 2.7 Ryhmähomomorfismi Määritelmä Olkoot (G, ) ja (H, ) ryhmiä. Kuvausta f : G H sanotaan ryhmähomomorfismiksi (group homomorphism) ryhmältä G ryhmälle H, mikäli f(a b) = f(a) f(b) aina, kun a, b G. Lause Olkoon f : G H ryhmähomomorfismi ja olkoot e G ja e H ryhmien G ja H neutraalialkiot. Tällöin f(e G ) = e H ja f(a 1 ) = (f(a)) 1 aina, kun a G. Määritelmä Olkoon f : G H ryhmähomomorfismi ja D G. Tällöin f(d) = {f(x) x D} on aliryhmän D kuva (image) ryhmässä H. Määritelmä Olkoon f : G H ryhmähomomorfismi ja T H. Tällöin f 1 (T ) = {x G f(x) T } on aliryhmän T alkukuva (pre-image) ryhmässä G. Lause Olkoon f : (G, ) (H, ) ryhmähomomorfismi. 1. Jos D G, niin f(d) H. 2. Jos T H, niin f 1 (T ) G. Oletetaan, että f : (G, ) (H, ) on ryhmähomomorfismi. Todistetaan väitteet erikseen. 34

35 1. Olkoon D G. Selvästi f(d) H ja f(d), sillä e G D ja siten f(e G ) = e H f(d). Onko f(d) H? Olkoon c, d f(d). Tällöin on olemassa sellaiset alkiot a, b D, että f(a) = c ja f(b) = d. Koska D G, niin aliryhmäkriteerin nojalla a b 1 D ja siten f(a b 1 ) f(d). Koska f on homomorfismi, niin f(a b 1 ) = f(a) f(b 1 ) eli eli eli f(a) f(b 1 ) f(d), f(a) f(b) 1 f(d), c d 1 f(d). Näin ollen aliryhmäkriteerin nojalla f(d) H. 2. Olkoon T H. Selvästi f 1 (T ) G ja f 1 (T ), sillä e H T, ja siten e G f 1 (T ). Onko f 1 (T ) G? Olkoon a, b f 1 (T ). Näin ollen f(a), f(b) T. Koska T H, niin aliryhmäkriteerin nojalla f(a) f(b) 1 T eli f(a) f(b 1 ) T eli f(a b 1 ) T eli a b 1 f 1 (T ). Näin ollen aliryhmäkriteerin nojalla f 1 (T ) G. Huomautus. Lauseen sisältö voidaan muotoilla seuraavasti: homomorfisessa kuvauksessa aliryhmät kuvautuvat aliryhmiksi ja aliryhmien alkukuvat ovat aliryhmiä. Edellä esitetty johtaa luontevasti kysymykseen siitä, mitä normaaleille aliryhmille tapahtuu homomorfismeissa. 35

36 Lause Olkoon f : (G, ) (H, ) ryhmähomomorfismi. 1. Jos N G ja f on surjektio, niin f(n) H. 2. Jos M H, niin f 1 (M) G. Oletetaan, että f : (G, ) (H, ) on ryhmähomomorfismi. Todistetaan väitteet erikseen. 1. Oletetaan, että N G ja f on surjektio G H. Tällöin Lauseen nojalla f(n) H. Onko f(n) H? Olkoon z f(n) ja d H. Siten on olemassa sellainen x N, että z = f(x), ja koska f on surjektio, on myös olemassa sellainen a G, että d = f(a). Koska N G, niin a x a 1 N ( Lause 2.6.2) eli eli eli eli f(a x a 1 ) f(n) f(a) f(x) f(a 1 ) f(n) f(a) f(x) f(a) 1 f(n) d z d 1 f(n). Täten normaalisuuskriteerin nojalla f(n) H. 2. Oletetaan, että M H. Lauseen nojalla f 1 (M) G. Onko f 1 (M) G? Olkoon x f 1 (M) ja a G. Nyt f(x) M ja f(a) H. Koska M H, niin Lauseen nojalla eli eli eli f(a) f(x) f(a) 1 M f(a) f(x) f(a 1 ) M f(a x a 1 ) M a x a 1 f 1 (M). Täten normaalisuuskriteerin nojalla f 1 (M) G. 36

37 Määritelmä Olkoon f : G H homomorfismi. Joukkoa Im(f) = f(g) = {f(x) x G} sanotaan homomorfismin f kuvaksi (the image of f) ja joukkoa Ker(f) = {x G f(x) = e H } = f 1 ({e H }) sanotaan homomormismin f ytimeksi (the kernel of f). Lause Olkoon f : G H ryhmähomomorfismi. Tällöin Im(f) H ja Ker(f) G. Seuraa suoraan lauseista ja Lause Jos G on ryhmä ja N G, niin kuvaus f : G G/N, f(a) = an on surjektiivinen homomorfismi, jonka ydin on N. Edellisen lauseen kuvaus f : G G/N, f(a) = an on ns. luonnollinen homomorfismi G G/N. Määritelmä Ryhmät (G, ) ja (H, ) ovat isomorfiset (isomorphic) eli rakenneyhtäläiset, mikäli on olemassa bijektiivinen kuvaus f : G H, joka toteuttaa ehdon f(a b) = f(a) f(b) aina, kun a, b G. Eli on olemassa bijektiivinen homomorfismi f : G H. Tällöin merkitään G = H ja sanotaan, että kuvaus f on ryhmäisomorfismi (a group isomorphism). Huomautus. Jos G on äärellinen ryhmä ja G = H, niin G = H. Huomautus. Jos G = H, niin H = G. Huomautus. Jos G = H ja H = N, niin G = N. 37

38 Lause (Homomorfismien peruslause). Olkoon f : (G, ) (H, ) homomorfismi. Tällöin G/Ker(f) = Im(f). Merkitään Ker(f) = K ja määritellään kuvaus F : G/K Im(f) siten, että F (ak) = f(a) kaikilla ak G/K. 1. Onko kuvaus F hyvinmääritelty eli onko kuvaus F riippumaton sivuluokan määrääjän valinnasta? Olkoon a K = ak. Tällöin a ak eli a = a k jollakin k K. Näin ollen F (a K) = f(a ) = f(a k) = f(a) f(k) = f(a) e H = f(a) = F (ak). Siispä F on hyvinmääritelty. 2. Onko kuvaus F surjektio? Olkoon f(b) Im(f). Tällöin bk G/K ja F (bk) = f(b), joten kuvaus F on surjektio. 3. Onko kuvaus F injektio? Olkoon F (ak) = F (bk), jolloin f(a) = f(b). Tällöin f(b) 1 f(a) = f(b) 1 f(b) = e H, joten e H = f(b) 1 f(a) = f(b 1 ) f(a) = f(b 1 a). Näin ollen ytimen määritelmän nojalla b 1 a K eli K = (b 1 a)k = b 1 K ak. Operoimalla yhtälöä puolittain vasemmalta sivuluokalla bk saadaan bk e G K = bk b 1 K ak bk = ak. Siispä kuvaus F on injektio. Kohtien 2. ja 3. nojalla kuvaus F on bijektio G/K Im(f). 38

39 4. Onko kuvaus F ryhmähomomorfismi? Olkoon ak, bk G/K. Tällöin F (ak bk) = F ((a b)k) = f(a b) = f(a) f(b) = F (ak) F (bk), joten kuvaus F on ryhmähomomorfismi. Kohtien nojalla kuvaus F on ryhmäisomorfismi G/Ker(f) Im(f) eli G/Ker(f) = Im(f). Lause Samaa kertalukua olevat sykliset ryhmät ovat isomorfiset. 39

802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä

802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä 802354A Algebran perusteet Luentorunko Kevät 2017 Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Topi Törmä Sisältö 1 Lukuteoriaa 3 1.1 Jakoalgoritmi ja alkuluvut.................... 3 1.2 Suurin yhteinen tekijä......................

Lisätiedot

802354A Lukuteoria ja ryhmät Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä, Antti Torvikoski, Topi Törmä

802354A Lukuteoria ja ryhmät Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä, Antti Torvikoski, Topi Törmä 802354A Lukuteoria ja ryhmät Luentorunko Kevät 2014 Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä, Antti Torvikoski, Topi Törmä Sisältö 1 Ekvivalenssirelaatio 3 2 Lukuteoriaa 4 2.1 Lukuteorian

Lisätiedot

802355A Algebralliset rakenteet Luentorunko Syksy Markku Niemenmaa Kari Myllylä Topi Törmä Marko Leinonen

802355A Algebralliset rakenteet Luentorunko Syksy Markku Niemenmaa Kari Myllylä Topi Törmä Marko Leinonen 802355A Algebralliset rakenteet Luentorunko Syksy 2016 Markku Niemenmaa Kari Myllylä Topi Törmä Marko Leinonen Sisältö 1 Kertausta kurssilta Algebran perusteet 3 2 Renkaat 8 2.1 Renkaiden teoriaa.........................

Lisätiedot

Lukuteorian kertausta

Lukuteorian kertausta Lukuteorian kertausta Jakoalgoritmi Jos a, b Z ja b 0, niin on olemassa sellaiset yksikäsitteiset kokonaisluvut q ja r, että a = qb+r, missä 0 r < b. Esimerkki 1: Jos a = 60 ja b = 11, niin 60 = 5 11 +

Lisätiedot

800333A Algebra I Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä

800333A Algebra I Luentorunko Kevät Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä 800333A Algebra I Luentorunko Kevät 2010 Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä Sisältö 1 Lukuteorian alkeita 3 1.1 Kongruenssiin liittyviä perustuloksia.............. 7 2 Ekvivalenssirelaatio

Lisätiedot

Dihedraalinen ryhmä Pro gradu Elisa Sonntag Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2013

Dihedraalinen ryhmä Pro gradu Elisa Sonntag Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2013 Dihedraalinen ryhmä Pro gradu Elisa Sonntag Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2013 Sisältö Johdanto 2 1 Ryhmä 3 2 Symmetrinen ryhmä 6 3 Symmetriaryhmä 10 4 Dihedraalinen ryhmä 19 Lähdeluettelo

Lisätiedot

Syklinen ryhmä Pro Gradu -tutkielma Taava Kuha Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2016

Syklinen ryhmä Pro Gradu -tutkielma Taava Kuha Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2016 Syklinen ryhmä Pro Gradu -tutkielma Taava Kuha Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2016 Sisältö Johdanto 2 1 Ryhmäteoriaa 4 1.1 Ryhmän määritelmä....................... 4 1.2 Kertaluku.............................

Lisätiedot

Eräitä ratkeavuustarkasteluja

Eräitä ratkeavuustarkasteluja Eräitä ratkeavuustarkasteluja Pro gradu-tutkielma Milla Jantunen 2124227 Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto Kevät 2014 Sisältö 1 Ryhmät ja aliryhmät 3 1.1 Ryhmä...............................

Lisätiedot

a b 1 c b n c n

a b 1 c b n c n Algebra Syksy 2007 Harjoitukset 1. Olkoon a Z. Totea, että aina a 0, 1 a, a a ja a a. 2. Olkoot a, b, c, d Z. Todista implikaatiot: a) a b ja c d ac bd, b) a b ja b c a c. 3. Olkoon a b i kaikilla i =

Lisätiedot

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara Kuvauksista ja relaatioista Jonna Makkonen Ilari Vallivaara 20. lokakuuta 2004 Sisältö 1 Esipuhe 2 2 Kuvauksista 3 3 Relaatioista 8 Lähdeluettelo 12 1 1 Esipuhe Joukot ja relaatiot ovat periaatteessa äärimmäisen

Lisätiedot

on Abelin ryhmä kertolaskun suhteen. Tämän joukon alkioiden lukumäärää merkitään

on Abelin ryhmä kertolaskun suhteen. Tämän joukon alkioiden lukumäärää merkitään 5. Primitiivinen alkio 5.1. Täydennystä lukuteoriaan. Olkoon n Z, n 2. Palautettakoon mieleen, että kokonaislukujen jäännösluokkarenkaan kääntyvien alkioiden muodostama osajoukko Z n := {x Z n x on kääntyvä}

Lisätiedot

802355A Renkaat, kunnat ja polynomit Luentorunko Syksy 2013

802355A Renkaat, kunnat ja polynomit Luentorunko Syksy 2013 802355A Renkaat, kunnat ja polynomit Luentorunko Syksy 2013 Työryhmä: Markku Niemenmaa, Kari Myllylä, Juha-Matti Tirilä, Antti Torvikoski, Topi Törmä Sisältö 1 Kertausta kurssilta Lukuteoria ja ryhmät

Lisätiedot

pdfmark=/pages, Raw=/Rotate 90 1 LUKUTEORIAA JA MUITA TYÖKALUJA SALAUKSEEN Lukujoukot Sekalaisia merkintöjä...

pdfmark=/pages, Raw=/Rotate 90 1 LUKUTEORIAA JA MUITA TYÖKALUJA SALAUKSEEN Lukujoukot Sekalaisia merkintöjä... pdfmark=/pages, Raw=/Rotate 90 Sisältö 1 LUKUTEORIAA JA MUITA TYÖKALUJA SALAUKSEEN 0-2 2 Merkintöjä 0-3 2.1 Lukujoukot................... 0-3 2.2 Sekalaisia merkintöjä.............. 0-4 2.3 Tärkeitä kaavoja................

Lisätiedot

Esimerkki A1. Jaetaan ryhmä G = Z 17 H = 4 = {1, 4, 4 2 = 16 = 1, 4 3 = 4 = 13, 4 4 = 16 = 1}.

Esimerkki A1. Jaetaan ryhmä G = Z 17 H = 4 = {1, 4, 4 2 = 16 = 1, 4 3 = 4 = 13, 4 4 = 16 = 1}. Jaetaan ryhmä G = Z 17 n H = 4 sivuluokkiin. Ratkaisu: Koska 17 on alkuluku, #G = 16, alkiona jäännösluokat a, a = 1, 2,..., 16. Määrätään ensin n H alkiot: H = 4 = {1, 4, 4 2 = 16 = 1, 4 3 = 4 = 13, 4

Lisätiedot

1 Lukujen jaollisuudesta

1 Lukujen jaollisuudesta Matematiikan mestariluokka, syksy 2009 1 1 Lukujen jaollisuudesta Lukujoukoille käytetään seuraavia merkintöjä: N = {1, 2, 3, 4,... } Luonnolliset luvut Z = {..., 2, 1, 0, 1, 2,... } Kokonaisluvut Kun

Lisätiedot

Diofantoksen yhtälön ratkaisut

Diofantoksen yhtälön ratkaisut Diofantoksen yhtälön ratkaisut Matias Mäkelä Matemaattisten tieteiden tutkinto-ohjelma Oulun yliopisto Kevät 2017 Sisältö Johdanto 2 1 Suurin yhteinen tekijä 2 2 Eukleideen algoritmi 4 3 Diofantoksen yhtälön

Lisätiedot

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ (liite FM-tutkielmaan) Luonnontieteellinen tiedekunta

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ (liite FM-tutkielmaan) Luonnontieteellinen tiedekunta Oulun yliopisto TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ (liite FM-tutkielmaan) Luonnontieteellinen tiedekunta Maisterintutkinnon kypsyysnäyte Laitos: Matemaattisten tieteiden laitos Tekijä (Sukunimi ja etunimet) Isopahkala

Lisätiedot

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) 31.1.-4.2.2011 OT 1. Määritellään kokonaisluvuille laskutoimitus n m = n + m + 5. Osoita, että (Z, ) on ryhmä.

Lisätiedot

rm + sn = d. Siispä Proposition 9.5(4) nojalla e d.

rm + sn = d. Siispä Proposition 9.5(4) nojalla e d. 9. Renkaat Z ja Z/qZ Tarkastelemme tässä luvussa jaollisuutta kokonaislukujen renkaassa Z ja todistamme tuloksia, joita käytetään jäännösluokkarenkaan Z/qZ ominaisuuksien tarkastelussa. Jos a, b, c Z ovat

Lisätiedot

Liite 2. Ryhmien ja kuntien perusteet

Liite 2. Ryhmien ja kuntien perusteet Liite 2. Ryhmien ja kuntien perusteet 1. Ryhmät 1.1 Johdanto Erilaisissa matematiikan probleemoissa törmätään usein muotoa a + x = b tai a x = b oleviin yhtälöihin, joissa tuntematon muuttuja on x. Lukujoukkoja

Lisätiedot

g : R R, g(a) = g i a i. Alkio g(a) R on polynomin arvo pisteessä a. Jos g(a) = 0, niin a on polynomin g(x) nollakohta.

g : R R, g(a) = g i a i. Alkio g(a) R on polynomin arvo pisteessä a. Jos g(a) = 0, niin a on polynomin g(x) nollakohta. ALGEBRA II 27 on homomorfismi. Ensinnäkin G(a + b) a + b G(a)+G(b) (f), G(ab) ab G(a)G(b) G(a) G(b) (f), ja koska kongruenssien vasempien ja oikeiden puolten asteet ovat pienempiä kuin f:n aste, niin homomorfiaehdot

Lisätiedot

Laitos/Institution Department Matematiikan ja tilastotieteen laitos. Aika/Datum Month and year Huhtikuu 2014

Laitos/Institution Department Matematiikan ja tilastotieteen laitos. Aika/Datum Month and year Huhtikuu 2014 Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion Faculty Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Laitos/Institution Department Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tekijä/Författare Author Anna-Mari Pulkkinen Työn

Lisätiedot

LUKUTEORIA A. Harjoitustehtäviä, kevät 2013. (c) Osoita, että jos. niin. a c ja b c ja a b, niin. niin. (e) Osoita, että

LUKUTEORIA A. Harjoitustehtäviä, kevät 2013. (c) Osoita, että jos. niin. a c ja b c ja a b, niin. niin. (e) Osoita, että LUKUTEORIA A Harjoitustehtäviä, kevät 2013 1. Olkoot a, b, c Z, p P ja k, n Z +. (a) Osoita, että jos niin Osoita, että jos niin (c) Osoita, että jos niin (d) Osoita, että (e) Osoita, että a bc ja a c,

Lisätiedot

Algebran perusteet. 44 ϕ(105) = (105). Näin ollen

Algebran perusteet. 44 ϕ(105) = (105). Näin ollen Algebran perusteet Harjoitus 4, ratkaisut kevät 2016 1 a) Koska 105 = 5 21 = 3 5 7 ja 44 = 2 2 11, niin syt(44, 105) = 1 Lisäksi ϕ(105) = ϕ(3 5 7) = (3 1)(5 1)(7 1) = 2 4 6 = 48, joten Eulerin teoreeman

Lisätiedot

Esko Turunen MAT Algebra1(s)

Esko Turunen MAT Algebra1(s) Määritelmä (4.1) Olkoon G ryhmä. Olkoon H G, H. Jos joukko H varustettuna indusoidulla laskutoimituksella on ryhmä, se on ryhmän G aliryhmä. Jos H G on ryhmän G aliryhmä, merkitään usein H G, ja jos H

Lisätiedot

Rationaaliluvun desimaaliesitys algebrallisesta ja lukuteoreettisesta näkökulmasta

Rationaaliluvun desimaaliesitys algebrallisesta ja lukuteoreettisesta näkökulmasta TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma Liisa Lampinen Rationaaliluvun desimaaliesitys algebrallisesta ja lukuteoreettisesta näkökulmasta Informaatiotieteiden yksikkö Matematiikka Kesäkuu 2016 Tampereen

Lisätiedot

Cauchyn ja Sylowin lauseista

Cauchyn ja Sylowin lauseista Cauchyn ja Sylowin lauseista Pro gradu-tutkielma Jukka Kuru Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2014 Sisältö Johdanto 2 1 Peruskäsitteet 4 1.1 Funktion käsitteitä........................ 4

Lisätiedot

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät 3. Ryhmät Monoidia rikkaampi algebrallinen struktuuri on ryhmä: Määritelmä (3.1) Olkoon joukon G laskutoimitus. Joukko G varustettuna tällä laskutoimituksella on ryhmä, jos laskutoimitus on assosiatiivinen,

Lisätiedot

R : renkaan R kääntyvien alkioiden joukko; R kertolaskulla varustettuna on

R : renkaan R kääntyvien alkioiden joukko; R kertolaskulla varustettuna on 0. Kertausta ja täydennystä Kurssille Äärelliset kunnat tarvittavat esitiedot löytyvät Algebran kurssista [Alg]. Hyödyksi voivat myös olla (vaikka eivät välttämättömiä) Lukuteorian alkeet [LTA] ja Salakirjoitukset

Lisätiedot

Ratkeavista ryhmistä: teoriaa ja esimerkkejä

Ratkeavista ryhmistä: teoriaa ja esimerkkejä Ratkeavista ryhmistä: teoriaa ja esimerkkejä Pro Gradu-tutkielma Lauri Kangas 2192712 Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto Kevät 2015 Sisältö 1 Perusteita 3 1.1 Ryhmät ja aliryhmät.......................

Lisätiedot

4. Ryhmien sisäinen rakenne

4. Ryhmien sisäinen rakenne 4. Ryhmien sisäinen rakenne Tässä luvussa tarkastellaan joitakin tapoja päästä käsiksi ryhmien sisäiseen rakenteeseen. Useimmat tuloksista ovat erityisen käyttökelpoisia äärellisten ryhmien tapauksessa.

Lisätiedot

HN = {hn h H, n N} on G:n aliryhmä.

HN = {hn h H, n N} on G:n aliryhmä. Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8, 23.27.3.2009 5 sivua Rami Luisto 1. Osoita, että kullakin n N + lukujen n 5 ja n viimeiset numerot kymmenkantaisessa

Lisätiedot

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Osa 4: Modulaariaritmetiikka Riikka Kangaslampi 2017 Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto Modulaariaritmetiikka Jakoyhtälö Määritelmä 1 Luku

Lisätiedot

Algebra I, harjoitus 5,

Algebra I, harjoitus 5, Algebra I, harjoitus 5, 7.-8.10.2014. 1. 2 Osoita väitteet oikeiksi tai vääriksi. a) (R, ) on ryhmä, kun asetetaan a b = 2(a + b) aina, kun a, b R. (Tässä + on reaalilukujen tavallinen yhteenlasku.) b)

Lisätiedot

kaikille a R. 1 (R, +) on kommutatiivinen ryhmä, 2 a(b + c) = ab + ac ja (b + c)a = ba + ca kaikilla a, b, c R, ja

kaikille a R. 1 (R, +) on kommutatiivinen ryhmä, 2 a(b + c) = ab + ac ja (b + c)a = ba + ca kaikilla a, b, c R, ja Renkaat Tarkastelemme seuraavaksi rakenteita, joissa on määritelty kaksi binääristä assosiatiivista laskutoimitusta, joista toinen on kommutatiivinen. Vaadimme muuten samat ominaisuudet kuin kokonaisluvuilta,

Lisätiedot

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Jarmo Niemelä. Primitiivisistä juurista ja. alkuluokkaryhmistä

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Jarmo Niemelä. Primitiivisistä juurista ja. alkuluokkaryhmistä TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma Jarmo Niemelä Primitiivisistä juurista ja alkuluokkaryhmistä Matematiikan, tilastotieteen ja filosofian laitos Matematiikka Marraskuu 2000 2 TAMPEREEN YLIOPISTO

Lisätiedot

Äärellisesti generoitujen Abelin ryhmien peruslause

Äärellisesti generoitujen Abelin ryhmien peruslause Tero Harju (2008/2010) Äärellisesti generoitujen Abelin ryhmien peruslause Merkintä X on joukon koko ( eli #X). Vapaat Abelin ryhmät Tässä kappaleessa käytetään Abelin ryhmille additiivista merkintää.

Lisätiedot

Fermat n pieni lause. Heikki Pitkänen. Matematiikan kandidaatintutkielma

Fermat n pieni lause. Heikki Pitkänen. Matematiikan kandidaatintutkielma Fermat n pieni lause Heikki Pitkänen Matematiikan kandidaatintutkielma Jyväskylän yliopisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos Kevät 2009 Sisältö Johdanto 3 1. Fermat n pieni lause 3 2. Pseudoalkuluvut

Lisätiedot

811120P Diskreetit rakenteet

811120P Diskreetit rakenteet 811120P Diskreetit rakenteet 2016-2017 6. Alkeislukuteoria 6.1 Jaollisuus Käsitellään kokonaislukujen perusominaisuuksia: erityisesti jaollisuutta Käytettävät lukujoukot: Luonnolliset luvut IN = {0,1,2,3,...

Lisätiedot

Lineaariset ryhmät Pro gradu -tutkielma Miia Lillstrang Matematiikan yksikkö Oulun yliopisto 2016

Lineaariset ryhmät Pro gradu -tutkielma Miia Lillstrang Matematiikan yksikkö Oulun yliopisto 2016 Lineaariset ryhmät Pro gradu -tutkielma Miia Lillstrang 2187044 Matematiikan yksikkö Oulun yliopisto 2016 Sisältö Johdanto 2 1 Esitietoja 3 1.1 Ryhmät.............................. 3 1.1.1 Ryhmä ja aliryhmä....................

Lisätiedot

1 Algebralliset perusteet

1 Algebralliset perusteet 1 Algebralliset perusteet 1.1 Renkaat Tämän luvun jälkeen opiskelijoiden odotetaan muistavan, mitä ovat renkaat, vaihdannaiset renkaat, alirenkaat, homomorfismit, ideaalit, tekijärenkaat, maksimaaliset

Lisätiedot

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 6 (8 sivua) OT. 1. a) Määritä seuraavat summat:

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 6 (8 sivua) OT. 1. a) Määritä seuraavat summat: Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 6 (8 sivua) 21.2.-25.2.2011 OT 1. a) Määritä seuraavat summat: [2] 4 + [3] 4, [2] 5 + [3] 5, [2] 6 + [2] 6 + [2] 6, 7 [3]

Lisätiedot

2017 = = = = = = 26 1

2017 = = = = = = 26 1 JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 2, MALLIRATKAISUT Tehtävä 1. Sovella Eukleiden algoritmia ja (i) etsi s.y.t(2017, 753) (ii) etsi kaikki kokonaislukuratkaisut yhtälölle 405x + 141y = 12. Ratkaisu

Lisätiedot

Algebra I, Harjoitus 6, , Ratkaisut

Algebra I, Harjoitus 6, , Ratkaisut Algebra I Harjoitus 6 9. 13.3.2009 Ratkaisut Algebra I Harjoitus 6 9. 13.3.2009 Ratkaisut (MV 6 sivua 1. Olkoot M ja M multiplikatiivisia monoideja. Kuvaus f : M M on monoidihomomorfismi jos 1 f(ab = f(af(b

Lisätiedot

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 9 (6 sivua) OT

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 9 (6 sivua) OT Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 9 (6 sivua) 28.3.-1.4.2011 OT 1. a) Osoita, että rengas R = {[0] 10, [2] 10, [4] 10, [6] 10, [8] 10 } on kokonaisalue. Mikä

Lisätiedot

MAT-41150 Algebra I (s) periodilla IV 2012 Esko Turunen

MAT-41150 Algebra I (s) periodilla IV 2012 Esko Turunen MAT-41150 Algebra I (s) periodilla IV 2012 Esko Turunen Tehtävä 1. Onko joukon X potenssijoukon P(X) laskutoimitus distributiivinen laskutoimituksen suhteen? Onko laskutoimitus distributiivinen laskutoimituksen

Lisätiedot

4. Eulerin ja Fermat'n lauseet

4. Eulerin ja Fermat'n lauseet 4. Eulerin ja Fermat'n lauseet 4.1 Alkuluokka ja Eulerin φ-funktio Yleensä olemme kiinnostuneita vain niistä jäännösluokista modulo m, joiden alkiot ovat suhteellisia alkulukuja luvun m kanssa. Näiden

Lisätiedot

Mikäli huomaat virheen tai on kysyttävää liittyen malleihin, lähetä viesti osoitteeseen

Mikäli huomaat virheen tai on kysyttävää liittyen malleihin, lähetä viesti osoitteeseen Mikäli huomaat virheen tai on kysyttävää liittyen malleihin, lähetä viesti osoitteeseen anton.mallasto@aalto.fi. 1. 2. Muista. Ryhmän G aliryhmä H on normaali aliryhmä, jos ah = Ha kaikilla a G. Toisin

Lisätiedot

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Liisa Ilonen. Primitiiviset juuret

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Liisa Ilonen. Primitiiviset juuret TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma Liisa Ilonen Primitiiviset juuret Matematiikan ja tilastotieteen laitos Matematiikka Joulukuu 2009 Tampereen yliopisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos ILONEN,

Lisätiedot

Algebra II. Syksy 2004 Pentti Haukkanen

Algebra II. Syksy 2004 Pentti Haukkanen Algebra II Syksy 2004 Pentti Haukkanen 1 Sisällys 1 Ryhmäteoriaa 3 1.1 Ryhmän määritelmä.... 3 1.2 Aliryhmä... 3 1.3 Sivuluokat...... 4 1.4 Sykliset ryhmät... 7 1.5 Ryhmäisomorfismi..... 11 2 Polynomeista

Lisätiedot

Algebran ja lukuteorian harjoitustehtäviä. 1. Tutki, ovatko seuraavat relaatiot ekvivalenssirelaatioita joukon N kaikkien osajoukkojen

Algebran ja lukuteorian harjoitustehtäviä. 1. Tutki, ovatko seuraavat relaatiot ekvivalenssirelaatioita joukon N kaikkien osajoukkojen Algebran ja lukuteorian harjoitustehtäviä Versio 1.0 (27.1.2006) Turun yliopisto Lukuteoria 1. Tutki, ovatko seuraavat relaatiot ekvivalenssirelaatioita joukon N kaikkien osajoukkojen joukolla: a) C D

Lisätiedot

renkaissa. 0 R x + x =(0 R +1 R )x =1 R x = x

renkaissa. 0 R x + x =(0 R +1 R )x =1 R x = x 8. Renkaat Tarkastelemme seuraavaksi rakenteita, joissa on määritelty kaksi assosiatiivista laskutoimitusta, joista toinen on kommutatiivinen. Vaadimme näiltä kahdella laskutoimituksella varustetuilta

Lisätiedot

ALKULUKUJA JA MELKEIN ALKULUKUJA

ALKULUKUJA JA MELKEIN ALKULUKUJA ALKULUKUJA JA MELKEIN ALKULUKUJA MINNA TUONONEN Versio: 12. heinäkuuta 2011. 1 2 MINNA TUONONEN Sisältö 1. Johdanto 3 2. Tutkielmassa tarvittavia määritelmiä ja apulauseita 4 3. Mersennen alkuluvut ja

Lisätiedot

k=1 b kx k K-kertoimisia polynomeja, P (X)+Q(X) = (a k + b k )X k n+m a i b j X k. i+j=k k=0

k=1 b kx k K-kertoimisia polynomeja, P (X)+Q(X) = (a k + b k )X k n+m a i b j X k. i+j=k k=0 1. Polynomit Tässä luvussa tarkastelemme polynomien muodostamia renkaita polynomien ollisuutta käsitteleviä perustuloksia. Teemme luvun alkuun kaksi sopimusta: Tässä luvussa X on muodollinen symboli, jota

Lisätiedot

MAT Algebra I (s) periodeilla IV ja V/2009. Esko Turunen

MAT Algebra I (s) periodeilla IV ja V/2009. Esko Turunen MAT-41150 Algebra I (s) periodeilla IV ja V/2009. Esko Turunen Tämä tiedosto sisältää kurssin kaikki laskuharjoitukset. viikottain uusia tehtäviä. Tiedostoon lisätään To 05.02.09 pidetyt harjoitukset.

Lisätiedot

7. Olemassaolo ja yksikäsitteisyys Galois n kunta GF(q) = F q, jossa on q alkiota, määriteltiin jäännösluokkarenkaaksi

7. Olemassaolo ja yksikäsitteisyys Galois n kunta GF(q) = F q, jossa on q alkiota, määriteltiin jäännösluokkarenkaaksi 7. Olemassaolo ja yksikäsitteisyys Galois n kunta GF(q) = F q, jossa on q alkiota, määriteltiin jäännösluokkarenkaaksi Z p [x]/(m), missä m on polynomirenkaan Z p [x] jaoton polynomi (ks. määritelmä 3.19).

Lisätiedot

Luuppien ryhmistä Seminaariesitelmä Miikka Rytty Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2006

Luuppien ryhmistä Seminaariesitelmä Miikka Rytty Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2006 Luuppien ryhmistä Seminaariesitelmä Miikka Rytty Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2006 Sisältö 1 Luupeista 2 1.1 Luupit ja niiden kertolaskuryhmät................. 2 2 Transversaalit 5 3

Lisätiedot

Salausmenetelmät. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006)

Salausmenetelmät. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) Salausmenetelmät Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) LUKUTEORIAA JA ALGORITMEJA 3. Kongruenssit à 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi Määritelmä 3.1 Kaksi lukua a ja b ovat keskenään kongruentteja (tai

Lisätiedot

Koodausteoria, Kesä 2014

Koodausteoria, Kesä 2014 Koodausteoria, Kesä 2014 Topi Törmä Matemaattisten tieteiden laitos 4.7 Syklisen koodin jälkiesitys Olkoon F = F q ja K = F q m kunnan F laajennuskunta. Määritelmä 4.7.1. Kuntalaajennuksen K/F jälkifunktioksi

Lisätiedot

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus 1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus 1.1 Määritelmä ja esimerkkejä Olkoon K kunta, jonka nolla-alkio on 0 ja ykkösalkio on 1 sekä V epätyhjä joukko. Oletetaan, että joukossa V on määritelty laskutoimitus

Lisätiedot

Matematiikan mestariluokka, syksy 2009 7

Matematiikan mestariluokka, syksy 2009 7 Matematiikan mestariluokka, syksy 2009 7 2 Alkuluvuista 2.1 Alkuluvut Määritelmä 2.1 Positiivinen luku a 2 on alkuluku, jos sen ainoat positiiviset tekijät ovat 1 ja a. Jos a 2 ei ole alkuluku, se on yhdistetty

Lisätiedot

Teema 4. Homomorfismeista Ihanne ja tekijärengas. Teema 4 1 / 32

Teema 4. Homomorfismeista Ihanne ja tekijärengas. Teema 4 1 / 32 1 / 32 Esimerkki 4A.1 Esimerkki 4A.2 Esimerkki 4B.1 Esimerkki 4B.2 Esimerkki 4B.3 Esimerkki 4C.1 Esimerkki 4C.2 Esimerkki 4C.3 2 / 32 Esimerkki 4A.1 Esimerkki 4A.1 Esimerkki 4A.2 Esimerkki 4B.1 Esimerkki

Lisätiedot

{I n } < { I n,i n } < GL n (Q) < GL n (R) < GL n (C) kaikilla n 2 ja

{I n } < { I n,i n } < GL n (Q) < GL n (R) < GL n (C) kaikilla n 2 ja 5. Aliryhmät Luvun 4 esimerkeissä esiintyy usein ryhmä (G, ) ja jokin vakaa osajoukko B G siten, että (B, B ) on ryhmä. Määrittelemme seuraavassa käsitteitä, jotka auttavat tällaisten tilanteiden käsittelyssä.

Lisätiedot

[a] ={b 2 A : a b}. Ekvivalenssiluokkien joukko

[a] ={b 2 A : a b}. Ekvivalenssiluokkien joukko 3. Tekijälaskutoimitus, kokonaisluvut ja rationaaliluvut Tässä luvussa tutustumme kolmanteen tapaan muodostaa laskutoimitus joukkoon tunnettujen laskutoimitusten avulla. Tätä varten määrittelemme ensin

Lisätiedot

Algebran peruskurssi I

Algebran peruskurssi I Algebran peruskurssi I Turun yliopisto Markku Koppinen Alkusanat 8. elokuuta 2006 Algebran peruskurssit I ja II ovat jatkoa lineaarialgebran kurssille. Perehdytään erilaisiin algebrallisiin systeemeihin:

Lisätiedot

jonka laskutoimitus on matriisien kertolasku. Vastaavasti saadaan K-kertoiminen erityinen lineaarinen ryhmä

jonka laskutoimitus on matriisien kertolasku. Vastaavasti saadaan K-kertoiminen erityinen lineaarinen ryhmä 4. Ryhmät Tässä luvussa tarkastelemme laskutoimituksella varustettuja joukkoja, joiden laskutoimitukselta oletamme muutamia yksinkertaisia ominaisuuksia: Määritelmä 4.1. Laskutoimituksella varustettu joukko

Lisätiedot

R 1 = Q 2 R 2 + R 3,. (2.1) R l 2 = Q l 1 R l 1 + R l,

R 1 = Q 2 R 2 + R 3,. (2.1) R l 2 = Q l 1 R l 1 + R l, 2. Laajennettu Eukleideen algoritmi Määritelmä 2.1. Olkoot F kunta ja A, B, C, D F [x]. Sanotaan, että C jakaa A:n (tai C on A:n jakaja), jos on olemassa K F [x] siten, että A = K C; tällöin merkitään

Lisätiedot

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla. HY / Avoin ylioisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 05 Harjoitus 6 Ratkaisut palautettava viimeistään tiistaina.6.05 klo 6.5. Huom! Luennot ovat salissa CK maanantaista 5.6. lähtien. Kurssikoe on

Lisätiedot

6. Tekijäryhmät ja aliryhmät

6. Tekijäryhmät ja aliryhmät 6. Tekijäryhmät ja aliryhmät Tämän luvun tavoitteena on esitellä konstruktio, jota kutsutaan tekijäryhmän muodostamiseksi. Konstruktiossa lähdetään liikkeelle jostakin isosta ryhmästä, samastetaan alkioita,

Lisätiedot

Jarkko Peltomäki. Aliryhmän sentralisaattori ja normalisaattori

Jarkko Peltomäki. Aliryhmän sentralisaattori ja normalisaattori Jarkko Peltomäki Aliryhmän sentralisaattori ja normalisaattori Matematiikan aine Turun yliopisto Syyskuu 2009 Sisältö 1 Johdanto 2 2 Määritelmiä ja perusominaisuuksia 3 2.1 Aliryhmän sentralisaattori ja

Lisätiedot

Transversaalit ja hajoamisaliryhmät

Transversaalit ja hajoamisaliryhmät Transversaalit ja hajoamisaliryhmät Graduseminaariesitelmä Miikka Rytty Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto 2006 Motivointi Esimerkki 1 (Ryhmäteorian kurssin harjoitustehtävä). Jos G on ryhmä,

Lisätiedot

a 2 ba = a a + ( b) a = (a + ( b))a = (a b)a, joten yhtälö pätee mielivaltaiselle renkaalle.

a 2 ba = a a + ( b) a = (a + ( b))a = (a b)a, joten yhtälö pätee mielivaltaiselle renkaalle. Harjoitus 10 (7 sivua) Ratkaisuehdotuksia/Martina Aaltonen Tehtävä 1. Mitkä seuraavista yhtälöistä pätevät mielivaltaisen renkaan alkioille a ja b? a) a 2 ba = (a b)a b) (a + b + 1)(a b) = a 2 b 2 + a

Lisätiedot

ei ole muita välikuntia.

ei ole muita välikuntia. ALGEBRA II 41 Lause 4.15. F q m on polynomin x qm x hajoamiskunta kunnan F q suhteen. Todistus. Olkoon α kunnan F q m primitiivialkio. Nyt F qm =< α > muodostuu täsmälleen polynomin x qm 1 1nollakohdistajatäten

Lisätiedot

1 Jakajat ja jäännökset. on hyvinjärjestetty, eli jokaisessa epätyhjässä joukossa J N on pienin alkio. Otetaan käyttöön merkintä

1 Jakajat ja jäännökset. on hyvinjärjestetty, eli jokaisessa epätyhjässä joukossa J N on pienin alkio. Otetaan käyttöön merkintä LUKUTEORIAA 1 Jakajat ja jäännökset Luonnollisten lukujen joukko N = { 0, 1, 2, 3,... } on hyvinjärjestetty, eli jokaisessa epätyhjässä joukossa J N on pienin alkio. Otetaan käyttöön merkintä Z + = {1,

Lisätiedot

Lukuteoria. Eukleides Aleksandrialainen (n. 300 eaa)

Lukuteoria. Eukleides Aleksandrialainen (n. 300 eaa) Lukuteoria Lukuteoria on eräs vanhimmista matematiikan aloista. On sanottu, että siinä missä matematiikka on tieteiden kuningatar, on lukuteoria matematiikan kuningatar. Perehdymme seuraavassa luonnollisten

Lisätiedot

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten Ratkaisuehdotelma Tehtävä 1 1. Etsi lukujen 4655 ja 12075 suurin yhteinen tekijä ja lausu se kyseisten lukujen lineaarikombinaationa ilman laskimen

Lisätiedot

MAT Algebra 1(s)

MAT Algebra 1(s) 8. maaliskuuta 2012 Esipuhe Tämä luentokalvot sisältävät kurssin keskeiset asiat. Kalvoja täydennetään luennolla esimerkein ja todistuksin. Materiaali perustuu Jyväskylän, Helsingin ja Turun yliopistojen

Lisätiedot

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I 802320A LINEAARIALGEBRA OSA I Tapani Matala-aho MATEMATIIKKA/LUTK/OULUN YLIOPISTO SYKSY 2016 LINEAARIALGEBRA 1 / 72 Määritelmä ja esimerkkejä Olkoon K kunta, jonka nolla-alkio on 0 ja ykkösalkio on 1 sekä

Lisätiedot

Shorin algoritmin matematiikkaa Edvard Fagerholm

Shorin algoritmin matematiikkaa Edvard Fagerholm Edvard Fagerholm 1 Määritelmiä Määritelmä 1 Ryhmä G on syklinen, jos a G s.e. G = a. Määritelmä 2 Olkoon G ryhmä. Tällöin alkion a G kertaluku ord(a) on pienin luku n N \ {0}, jolla a n = 1. Jos lukua

Lisätiedot

Modulaarisista laskutaulukoista

Modulaarisista laskutaulukoista Modulaarisista laskutaulukoista Visa Latvala ja Pekka Smolander Matematiikan laitos, Joensuun yliopisto Johdanto Artikkelin tarkoituksena on tutustuttaa lukija modulaariseen yhteen- ja kertolaskuun. Nämä

Lisätiedot

Primitiiviset juuret: teoriaa ja sovelluksia

Primitiiviset juuret: teoriaa ja sovelluksia TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma Outi Sutinen Primitiiviset juuret: teoriaa ja sovelluksia Matematiikan, tilastotieteen ja filosofian laitos Matematiikka Huhtikuu 2006 Tampereen yliopisto Matematiikan,

Lisätiedot

d Z + 17 Viimeksi muutettu

d Z + 17 Viimeksi muutettu 5. Diffien ja Hellmanin avaintenvaihto Miten on mahdollista välittää salatun viestin avaamiseen tarkoitettu avain Internetin kaltaisen avoimen liikennöintiväylän kautta? Kuka tahansahan voi (ainakin periaatteessa)

Lisätiedot

(xa) = (x) (a) = (x)0 = 0

(xa) = (x) (a) = (x)0 = 0 11. Ideaalit ja tekijärenkaat Rengashomomorfismi : R! R 0 on erityisesti ryhmähomomorfismi :(R, +)! (R 0, +) additiivisten ryhmien välillä. Rengashomomorfismin ydin määritellään tämän ryhmähomomorfismin

Lisätiedot

H = : a, b C M. joten jokainen A H {0} on kääntyvä matriisi. Itse asiassa kaikki nollasta poikkeavat alkiot ovat yksiköitä, koska. a b.

H = : a, b C M. joten jokainen A H {0} on kääntyvä matriisi. Itse asiassa kaikki nollasta poikkeavat alkiot ovat yksiköitä, koska. a b. 10. Kunnat ja kokonaisalueet Määritelmä 10.1. Olkoon K rengas, jossa on ainakin kaksi alkiota. Jos kaikki renkaan K nollasta poikkeavat alkiot ovat yksiköitä, niin K on jakorengas. Kommutatiivinen jakorengas

Lisätiedot

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA II BASICS OF NUMBER THEORY PART II

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA II BASICS OF NUMBER THEORY PART II 802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA II BASICS OF NUMBER THEORY PART II Tapani Matala-aho MATEMATIIKKA/LUTK/OULUN YLIOPISTO SYKSY 2016 LUKUTEORIA 1 / 94 KERTOMAT, BINOMIKERTOIMET Kertoma/Factorial Määritellään

Lisätiedot

ja jäännösluokkien joukkoa

ja jäännösluokkien joukkoa 3. Polynomien jäännösluokkarenkaat Olkoon F kunta, ja olkoon m F[x]. Polynomeille f, g F [x] määritellään kongruenssi(-relaatio) asettamalla g f mod m : m g f g = f + m h jollekin h F [x]. Kongruenssi

Lisätiedot

Algebra kl Tapani Kuusalo

Algebra kl Tapani Kuusalo Algebra kl. 2010 Tapani Kuusalo Sisältö Luku 1. Luonnolliset luvut 1 Luku 2. Laskutoimitukset 4 1. Laskutoimitusten yleiset ominaisuudet 4 2. Neutraali- ja käänteisalkiot 6 3. Indusoidut laskutoimitukset,

Lisätiedot

Tekijäryhmiä varten määritellään aluksi sivuluokat ja normaalit aliryhmät.

Tekijäryhmiä varten määritellään aluksi sivuluokat ja normaalit aliryhmät. 3 Tekijäryhmät Tekijäryhmän käsitteen avulla voidaan monimutkainen ryhmä jakaa osiin. Ideana on, että voidaan erikseen tarkastella, miten laskutoimitus vaikuttaa näihin osiin kokonaisuuksina, ja jättää

Lisätiedot

Hänessä kaikki viisauden ja tiedon aarteet ovat kätkettyinä. Vrt. Paavalin kirje kolossalaisille 2:2-3.

Hänessä kaikki viisauden ja tiedon aarteet ovat kätkettyinä. Vrt. Paavalin kirje kolossalaisille 2:2-3. TAMPEREEN YLIOPISTO Matematiikan pro gradu -työ Seppo Janhonen Ryhmäteoriaa Matematiikan, tilastotieteen ja filosofian laitos Matematiikka Kesäkuu 2001 Hänessä kaikki viisauden ja tiedon aarteet ovat kätkettyinä.

Lisätiedot

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 (7 sivua)

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 (7 sivua) Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin ( sivua).... Nämä ovat kurssin Algebra I harjoitustehtävien ratkaisuehdoituksia. Ratkaisut koostuvat kahdesta osiosta,

Lisätiedot

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I - Kesä 2009 Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 -Tehtävät 3-6 4 sivua Heikki Koivupalo ja Rami Luisto

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I - Kesä 2009 Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 -Tehtävät 3-6 4 sivua Heikki Koivupalo ja Rami Luisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I - Kesä 2009 Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 -Tehtävät 3-6 4 sivua Heikki Koivupalo ja Rami Luisto 3. Oletetaan, että kunnan K karakteristika on 3. Tutki,

Lisätiedot

Johdatus matematiikkaan

Johdatus matematiikkaan Johdatus matematiikkaan Luento 7 Mikko Salo 11.9.2017 Sisältö 1. Funktioista 2. Joukkojen mahtavuus Funktioista Lukiomatematiikassa on käsitelty reaalimuuttujan funktioita (polynomi / trigonometriset /

Lisätiedot

(x + I) + (y + I) = (x + y)+i. (x + I)(y + I) =xy + I. kaikille x, y R.

(x + I) + (y + I) = (x + y)+i. (x + I)(y + I) =xy + I. kaikille x, y R. 11. Ideaalit ja tekijärenkaat Rengashomomorfismi φ: R R on erityisesti ryhmähomomorfismi φ: (R, +) (R, +) additiivisten ryhmien välillä. Rengashomomorfismin ydin määritellään tämän ryhmähomomorfismin φ

Lisätiedot

LUKUTEORIAN ALKEET HELI TUOMINEN

LUKUTEORIAN ALKEET HELI TUOMINEN LUKUTEORIAN ALKEET HELI TUOMINEN Sisältö 1. Lukujärjestelmät 2 1.1. Kymmenjärjestelmä 2 1.2. Muita lukujärjestelmiä 2 1.3. Yksikäsitteisyyslause 4 2. Alkulukuteoriaa 6 2.1. Jaollisuus 6 2.2. Suurin yhteinen

Lisätiedot

2 j =

2 j = 1. Modulaariaritmetiikkaa Yksinkertaisissa salausjärjestelmissä käytettävä matematiikka on paljolti lukuteoriaan pohjautuvaa suurten lukujen modulaariaritmetiikkaa (lasketaan kokonaisluvuilla modulo n).

Lisätiedot

Polynomien suurin yhteinen tekijä ja kongruenssi

Polynomien suurin yhteinen tekijä ja kongruenssi Polynomien suurin yhteinen tekijä ja kongruenssi Pro gradu -tutkielma Outi Aksela 2117470 Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto Syksy 2016 Sisältö Johdanto 2 1 Renkaat 3 1.1 Rengas...............................

Lisätiedot

Salausmenetelmät LUKUTEORIAA JA ALGORITMEJA. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) 3. Kongruenssit. à 3.4 Kongruenssien laskusääntöjä

Salausmenetelmät LUKUTEORIAA JA ALGORITMEJA. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) 3. Kongruenssit. à 3.4 Kongruenssien laskusääntöjä Salausmenetelmät Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) LUKUTEORIAA JA ALGORITMEJA 3. Kongruenssit à 3.4 Kongruenssien laskusääntöjä Seuraavassa lauseessa saamme kongruensseille mukavia laskusääntöjä.

Lisätiedot

Luonnollisten lukujen ja kokonaislukujen määritteleminen

Luonnollisten lukujen ja kokonaislukujen määritteleminen Luonnollisten lukujen ja kokonaislukujen määritteleminen LuK-tutkielma Jussi Piippo Matemaattisten tieteiden yksikkö Oulun yliopisto Kevät 2017 Sisältö 1 Johdanto 2 2 Esitietoja 3 2.1 Joukko-opin perusaksioomat...................

Lisätiedot

Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }?

Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }? Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }? Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }? Vastaus

Lisätiedot

3. Kongruenssit. 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi

3. Kongruenssit. 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi 3. Kongruenssit 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi Tässä kappaleessa esitellään kokonaislukujen modulaarinen aritmetiikka (ns. kellotauluaritmetiikka), jossa luvut tyypillisesti korvataan niillä jakojäännöksillä,

Lisätiedot