Tehtävä 1. Voidaanko seuraavat luvut esittää kahden neliön summina? Jos voidaan, niin kuinka monella eri tavalla? (i) n = 145 (ii) n = 770.

Samankaltaiset tiedostot
( ) k 1 = a b. b 1) Binomikertoimen määritelmän mukaan yhtälön vasen puoli kertoo kuinka monta erilaista b-osajoukkoa on a-joukolla.

Matematiikan tukikurssi

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 1, ratkaisut Maanantai

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 5 (6 sivua)

Matematiikan tukikurssi

2017 = = = = = = 26 1

Tehtäviä neliöiden ei-negatiivisuudesta

a ord 13 (a)

Pseudoalkuluvuista ja alkulukutestauksesta

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 3B

RATKAISUT x 2 3 = x 2 + 2x + 1, eli 2x 2 2x 4 = 0, joka on yhtäpitävä yhtälön x 2 x 2 = 0. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaavalla saadaan

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

1. osa, ks. Solmu 2/ Kahden positiivisen luvun harmoninen, geometrinen, aritmeettinen ja + 1 u v 2 1

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

Insinöörimatematiikka IA

****************************************************************** ****************************************************************** 7 Esim.

3 10 ei ole rationaaliluku.

1 Eksponenttifunktion määritelmä

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

3 x < < 3 x < < x < < x < 9 2.

Aritmeettinen jono

dx = d dψ dx ) + eikx (ik du u + 2ike e ikx u i ike ikx u + e udx

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 3

Matematiikan tukikurssi. Kertausta 1. välikokeeseen. Tehtävät

3 x < < 3 x < < x < < x < 9 2.

Matematiikan tukikurssi

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuja viikolle 4. ( ) Jeremias Berg. n(n + 1) 2. k =

Analyysi A. Harjoitustehtäviä lukuun 1 / kevät 2018

ja y = ovat rationaalilukuja.

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

Kertaa tarvittaessa induktiota ja rekursiota koskevia tietoja.

Epäyhtälöoppia matematiikkaolympialaisten tehtäviin

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

Ensimmäinen induktioperiaate

Ensimmäinen induktioperiaate

Matematiikan mestariluokka, syksy

Testaa taitosi 1: Lauseen totuusarvo

LUKUTEORIA johdantoa

xe y = ye x e y + xe y y = y e x + e x y xe y y y e x = ye x e y y (xe y e x ) = ye x e y y = yex e y xe y e x = x 3 + x 2 16x + 64 = D(x)

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

2 avulla. Derivaatta on nolla, kun. g( 3) = ( 3) 2 ( 3) 5 ( 3) + 6 ( 3) = 72 > 0. x =

Valitse kuusi tehtävää! Kaikki tehtävät ovat 6 pisteen arvoisia.

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

1. (Jatkoa Harjoitus 5A tehtävään 4). Monisteen esimerkin mukaan momenttimenetelmän. n ne(y i Y (n) ) = 2E(Y 1 Y (n) ).

Tehtävä 2. Osoita, että seuraavat luvut ovat algebrallisia etsimällä jokin kokonaislukukertoiminen yhtälö jonka ne toteuttavat.

9 Lukumäärien laskemisesta

Äärettämän sarjan (tai vain sarjan) sanotaan suppenevan eli konvergoivan, jos raja-arvo lims

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

Avaruuden R n aliavaruus

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

Vuosien Baltian tie -kilpailutehtävien ratkaisuja

Ryhmän osajoukon generoima aliryhmä ja vapaat ryhmät

1 Kompleksitason geometriaa ja topologiaa

Solmu 3/ toteutuu kaikilla u,v I ja λ ]0,1[. Se on aidosti konveksi, jos. f ( λu+(1 λ)v ) < λf(u)+(1 λ)f(v) (2)

T Datasta tietoon, syksy 2005 Laskuharjoitus 8.12., ratkaisuja Jouni Seppänen

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti!

EX1 EX 2 EX =

MATA172 Sami Yrjänheikki Harjoitus Totta vai Tarua? Lyhyt perustelu tai vastaesimerkki!

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Lataa ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu pitkän- tai lyhyen matematiikan kirjoituksiin ilmaiseksi Mafynetti-ohjelmalla!

Positiivisen kokonaisluvun esittäminen neliöiden summana

Tilastollinen päättömyys, kevät 2017 Harjoitus 6A

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

Törmäyskurssi kilpailulukuteoriaan pienin välttämätön oppimäärä

811120P Diskreetit rakenteet

5.3 Matriisin kääntäminen adjungaatilla

Jokainen kokonaisluku n voidaan esittää muodossa (missä d on positiivinen kok.luku) Tässä q ja r ovat kokonaislukuja ja 0 r < d.

Määritelmä, alkuluku/yhdistetty luku: Esimerkki . c) Huomautus Määritelmä, alkutekijä: Esimerkki

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

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Todennäköisyyslaskenta I, kesä 2017 Helsingin yliopisto/avoin yliopisto Harjoitus 3, ratkaisuehdotuksia

Laajennetaan lukualuetta lisäämällä murtoluvut

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

2.5. Eksponenttifunktio ja eksponenttiyhtälöt

Noora Nieminen. Hölderin epäyhtälö

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Epäyhtälöoppia matematiikkaolympialaisten tehtäviin

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Kaikki kurssin laskuharjoitukset pidetään Exactumin salissa C123. Malliratkaisut tulevat nettiin kurssisivulle.

Kanta ja dimensio 1 / 23

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

3 Lukujonot matemaattisena mallina

2 Funktion derivaatta

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

. Silloin 1 c. Toisaalta, koska c on lukujen a d ja b d. (a 1,a 2,..., a n )

LIITTEET Liite A Stirlingin kaavan tarkkuudesta...2. Liite B Lagrangen kertoimet...3

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

1 sup- ja inf-esimerkkejä

HEIJASTUMINEN JA TAITTUMINEN

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

Äärellisesti generoitujen Abelin ryhmien peruslause

Lukuteorian kertausta

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

Multiplikatiivisista funktioista

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

j = I A = 108 A m 2. (1) u kg m m 3, (2) v =

Transkriptio:

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 07) HARJOITUS 0, MALLIRATKAISUT Tehtävä. Voidaako seuraavat luvut esittää kahde eliö summia? Jos voidaa, ii kuika moella eri tavalla? (i) = 45 (ii) = 770. Ratkaisu. (i) Jaetaa luku 45 alkutekijöihi: 45 = 5 9. Koska sekä 5 että 9 (mod 4), luku 45 voidaa esittää kahde eliö summaa. Luetoje lausee perusteella eri tapoja o 4 = 6. Kaksi tapaa ovat 45 = = 8 9 ja loput saadaa äistä vaihtamalla termie järjestystä ja merkkejä. (ii) Koska 770 = 5 7, ja 7 (mod 4), lukua 770 ei voi esittää kahde eliö summaa. Tehtävä. (i) Miksi esitykset 3 = ( 3i)( 3i) = (3 i)(3 i) eivät ole ristiriidassa Gaussiste kokoaislukuje yksikäsitteise alkulukuesitykse kassa. (ii) Oko 4 i Gaussi alkuluku? Etä 6 7i? Ratkaisu. (i) Koska i( 3i) = 3 i ja i( 3i) = 3 i, esityksissä esiityvät alkuluvut ovat toistesa liitääislukuja. (ii) Lasketaa lukuje ormit. Luku 4 i o siis Gaussi alkuluku. N(4 i) = 4 = 7 P N(6 7i) = 6 7 = 85 = 5 7 P Luku 6 7i ei siis ole Gaussi alkuluku, ja se tekijöihijako o itse asiassa 6 7i = ( i)( 4i). Tehtävä 3. Palaa edellise kerra tehtävää 3, ja määritä seuraavie Gaussi kokoaislukuje alkutekijät keties yt käyttämällä paremmi hyväksi juuri oppimaamme tietoutta Gaussi alkuluvuista. (i) 60 (ii) 7 6i. Ratkaisu 3. (i) Luvu tekijöihijako tavalliste kokoaislukuje joukossa o 60 = 3 5. Luvulle tiedetää tekijöihijako = ( i)( i). Alkuluku 3 o muotoa 4k, jote se o Gaussi alkuluku, ja 5 = ( i)( i). Nyt siis 60 = ( i) ( i) 3( i)( i) = i( i) 4 3( i)( i).

(ii) Tiedetää, että luvu tekijöide ormi o jaettava luvu ormi. Koska N(7 6i) = 7 ( 6) = 85 = 5 7, ähdää, että se alkutekijöillä o ormit 5 ja 7. Luku 7 6i o siis jaollie toisella luvuista i ja i, ja kokeilemalla ähdää, että 7 6i = ( i)( 4i) = ( i)( 4i). Tehtävä 4. Olkoo positiivie kokoaisluku, joka (tavallie) alkulukuesitys o = e p α p α k k qβ q β l missä p i :t ja q i :t ovat eri alkulukuja, joille p j (mod 4) ( j k) ja q s (mod 4) ( s l). Kuika mota eri Gaussi kokoaislukua jakaa luvu? Ratkaisu 4. Gaussi kokoaisluvuilla luvu alkulukuesitys o = µ( i) e λ α λ α k k λ α α kq β λk q β l missä µ o yksikkö. Luvu jakajat ovat siis muotoa µ ( i) e λ α λ α k k λ γ γ kq β λk q β l missä µ o yksikkö, 0 e e, 0 α j, γ j α j kaikilla j k, ja 0 β s β s kaikilla s l. Eri tekijöitä o siis yhteesä 4(e ) ( k j=(α j ) ) ( l s= (β s ) Tehtävä 5. Lueoilla luku r () määriteltii iide kokoaislukuparie (x, y) lukumäärää, joille x y =. Osoita, että lim r (k) = π. k= havaitsemalla, että oikealla puolella oleva summa o lukumäärä iistä taso kokoaislukupisteistä, jotka sijaitsevat suljetu ympyrä B(0, ) sisällä (kyseessä siis origokeskie ympyrä, joka säde o.) Ratkaisu 5. Havaitaa, että todistettavassa yhtäsuuruudessa esiityvä summa o iide kokoaislukuparie (x, y) lukumäärä, joille 0 < x y. Toisi saoe, r (k) = #{(x, y) Z : 0 < x y }. k= Tämä o sama kui suljetussa kiekossa B(0, ) olevie origosta poikkeavie kokoaislukuparie määrä. Koska tämä kieko pita-ala o π, arvioidaa tätä summaa pitaaloje avulla. ).

Olkoo T = Z B(0, ), ja määritellää A = {z = (x, y) C : z := ( x, y ) T }. Joukko T o siis suljetu kieko B(0, ) sisältämie kokoaislukupisteide joukko, ja joukko A o yhdiste yksikköeliöitä, joide vase alakulma o joukossa T. Erityisesti, jouko T alkioide lukumäärä o sama kui jouko A pita-ala. Osoitetaa, että B(0, ) A B(0, ). Olkoo z = (x, y) C. Silloi z z = (x x, y y ) = (x x ) (y y ) =. Erityisesti kolmioepäyhtälö ojalla kaikilla z B(0, ) pätee z z z z, jote B(0, ) A. Vastaavasti jos z A, ii z z z z, jote A B(0, ). Nyt voidaa arvioida alkuperäistä summaa ja tarkastella arvioita, ku kasvaa rajatta. Saadaa ja k= k= r (k) = (#T ) (π( ) ) = π π π r (k) = (#T ) (π( ) ) = π π π π π. Täte siis lim r (k) = π. k= Tehtävä 6. Legedre ja Gauss todistivat seuraava tulokse: Positiivie kokoaisluku voidaa lausua kolme eliö summaa jos ja vai jos ei ole muotoa 4 t (8k 7). (i) Todista helpompi suuta edellisestä tuloksesta: luvut 4 t (8k 7) eivät ole kolme eliö summia. [Ehdotus: tarkastele esi milloi kolme eliö summa o jaollie eljällä.] (ii) Kolmioluku o muotoa ( )/ oleva luku, missä 0. Olettae ylläesitetty lause, todista Fermat i kolmiolukulause: jokaie positiivie kokoaisluku o kolme kolmioluvu summa. Ratkaisu 6. (i) Tehdää vastaoletus, että luku = 4 t (8k 7) o esitettävissä kolme eliö summaa = x y z. Jos t > 0, tarkastellaa esitystä modulo 4. Silloi x y z 0 (mod 4). Toisaalta ähdää, että joko m 0 tai m (mod 4) kaikilla kokoaisluvuilla m. Jos joki luvuista x, y, z olisi muotoa 4l, ii silloi lauseke x y z olisi joko, tai 3 modulo 4. Site luvut x, y, z ovat jaollisia eljällä, eli luku o esitettävissä kolme 4 eliö summaa = ( x ( 4 ) y ( ) z. ) 3

Voidaa siis olettaa, että = 8k 7 = x y z. Tarkastelemalla lauseketta modulo 4 saadaa edellise päättely kaltaisesti, että luvut x, y, z ovat kaikki parittomia. Mutta kaikilla parittomilla luvuilla m pätee m (mod 8). Site 8k 7 = x y z = 3 (mod 8), mikä o ristiriitaista. Lukuja muotoa 4 t (8k 7) ei siis voi esittää kolme eliö summaa. (ii) Olkoo positiivie kokoaisluku. Tarkastellaa, milloi se o esitettävissä kolme kolmioluvu summaa, eli = x(x ) y(y ) joillaki kokoaisluvuilla x, y, z. Muokataa yhtälöä: z(z ) = x x y y z z 8 = 4x 4x 4y 4y 4z 4z 8 3 = 4x 4x 4y 4y 4z 4z 8 3 = (x ) (y ) (z ) Luku o siis kolme kolmioluvu summa, jos luku 8 3 o kolme parittoma luvu eliö summa. Oletetu lausee mukaa 8 3 o kolme eliöluvu summa. Tarkastelu modulo 4 osoittaa, että ämä kolme eliölukua ovat parittomia, ja Fermat kolmiolukulause seuraa tästä. Tehtävä 7. Etsi yhtälö x 5 = y kokoaislukuratkaisut. [Vihje: tutki lauseketta y Gaussiste kokoaislukuje avulla.] Ratkaisu 7. Käytetää ratkaisussa hyväksi Gaussi kokoaislukuja. Yhtälö o yhtäpitävässä muodossa x 5 = y = (y i)(y i), ja lukuje x ja y o oltava tavallisia kokoaislukuja. Jos a Z[i] jakaa molemmat luvuista yi ja y i, se o jaettava myös luku yi (y i) = i. Tästä seuraa, että suurimma yhteise tekijä (y i, y i) o oltava joko, i tai. Jos olisi ( i) (y i), silloi myös ( i) x 5 ja koska x 5 o tavallie kokoaisluku, tästä seuraa, että x 5. Koska o alkuluku, ii myös x ja silloi y 0 (mod 4). Mutta y 0 tai y (mod 4), jote tämä o mahdotota. Täytyy siis olla (y i, y i) =. Jos Gaussi alkuluvulla q pätee q (y i), silloi q x ja site q 5 (y i), sillä (y i, y i) =. Jollai Gaussi kokoaisluvulla w = u iv ja yksiköllä µ pätee siis µw 5 = y i. Koska µ 5 = µ kaikilla yksiköillä µ, voidaa sopivalla w olettaa, että µ =. 4

Avataa biomikaavalla luku w 5 ja tarkastellaa se imagiaariosaa. w 5 = (u iv) 5 = u 5 5iu 4 v 0u 3 v 0iu v 3 5uv 4 iv 5 = (u 5 0u 3 v 5uv 4 ) iv(5u 4 0u v v 4 ) Tästä seuraa, että v(5u 4 0u v v 4 ) =, jote v = ±. Jos v =, ii silloi o oltava 5u 4 0u v v 4 = 5u 4 0u =, eli 5u 4 0u = 5u (u ) = 0. Tämä yhtälö aioa kokoaislukuratkaisu o u = 0. Silloi yi = i 5 = i, eli tästä saadaa alkuperäise yhtälö ratkaisu, jossa y = 0. Yhtälöllä o siis ratkaisu (x, y) = (, 0). Jos v =, ii silloi o oltava 5u 4 0u v v 4 = 5u 4 0u =, eli 5u 4 0u =. Koska yhtälö vase puoli o aia jaollie viidellä, yhtälöllä ei ole kokoaislukuratkaisuja. Yhtälö x 5 = y aioa kokoaislukuratkaisu o siis (x, y) = (, 0). 5