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

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

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

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

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

Jäännösluokat. Alkupala Aiemmin on tullut sana jäännösluokka vastaan. Tarkastellaan

a b 1 c b n c n

Algebra I, harjoitus 5,

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

HN = {hn h H, n N} on G:n aliryhmä.

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

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

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

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 2

Lukuteorian kertausta

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

LUKUTEORIA johdantoa

a) Mitkä seuraavista ovat samassa ekvivalenssiluokassa kuin (3, 8), eli kuuluvat joukkoon

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Tekijäryhmät ja homomorsmit

on Abelin ryhmä kertolaskun suhteen. Tämän joukon alkioiden lukumäärää merkitään

Diofantoksen yhtälön ratkaisut

1 Lukujen jaollisuudesta

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät

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

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

6. Tekijäryhmät ja aliryhmät

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

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

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

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

Toisin sanoen kyseessä on reaalitason vektoreiden relaatio. v w v =k w jollakink R\{0}.

Testaa taitosi 1: Lauseen totuusarvo

Äärellisesti generoitujen Abelin ryhmien peruslause

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

2017 = = = = = = 26 1

Algebra 1, harjoitus 9, h = xkx 1 xhx 1. a) Käytetään molemmissa tapauksissa isomorfialausetta. Tarkastellaan kuvauksia

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

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

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

1. Logiikan ja joukko-opin alkeet

Rationaaliluvun desimaaliesitys algebrallisesta ja lukuteoreettisesta näkökulmasta

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

Valitse kuusi tehtävää! Kaikki tehtävät ovat 6 pisteen arvoisia.

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

(d) 29 4 (mod 7) (e) ( ) 49 (mod 10) (f) (mod 9)

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

811120P Diskreetit rakenteet

a ord 13 (a)

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

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

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

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

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

Liite 2. Ryhmien ja kuntien perusteet

Esko Turunen MAT Algebra1(s)

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

1. Tarkastellaan esimerkissä 4.9 esiintynyttä neliön symmetriaryhmää

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

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

Johdatus matematiikkaan

811120P Diskreetit rakenteet

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

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

Transversaalit ja hajoamisaliryhmät

Ratkaisu: a) Kahden joukon yhdisteseen poimitaan kaikki alkiot jotka ovat jommassakummassa joukossa (eikä mitään muuta).

(1) refleksiivinen, (2) symmetrinen ja (3) transitiivinen.

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

Algebra I, Harjoitus 6, , Ratkaisut

Matematiikassa ja muuallakin joudutaan usein tekemisiin sellaisten relaatioiden kanssa, joiden lakina on tietyn ominaisuuden samuus.

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

Polynomien suurin yhteinen tekijä ja kongruenssi

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Matematiikka tutuksi Harjoitus 2, malliratkaisut

9 Matriisit. 9.1 Matriisien laskutoimituksia

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

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

1. Esitä rekursiivinen määritelmä lukujonolle

Tekijäryhmiä varten määritellään aluksi sivuluokat ja normaalit aliryhmät.

Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt Laskuharjoitus 1 / vko 44

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

Fermat n pieni lause. Heikki Pitkänen. Matematiikan kandidaatintutkielma

Koodausteoria, Kesä 2014

ja jäännösluokkien joukkoa

H = H(12) = {id, (12)},

Shorin algoritmin matematiikkaa Edvard Fagerholm

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

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

MAT Algebra I (s) periodilla IV 2012 Esko Turunen

Johdatus matematiikkaan

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

Valitsemalla sopivat alkiot joudutaan tämän määritelmän kanssa vaikeuksiin, jotka voidaan välttää rakentamalla joukko oppi aksiomaattisesti.

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

Sanomme, että kuvaus f : X Y on injektio, jos. x 1 x 2 f (x 1 ) f (x 2 ) eli f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2.

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

Yhtäpitävyys. Aikaisemmin osoitettiin, että n on parillinen (oletus) n 2 on parillinen (väite).

Koodausteoria, Kesä 2014

Transkriptio:

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] 4. b) Osoita, että joukko {[2] 10, [4] 10, [6] 10, [8] 10 } on suljettu kertolaskun suhteen. Ratkaisu. a) Lasketaan summat jäännösluokkien laskusääntöjen avulla: [2] 4 + [3] 4 = [2 + 3] 4 = [5] 4 = [1] 4 [2] 5 + [3] 5 = [2 + 3] 5 = [5] 5 = [0] 5 [2] 6 +[2] 6 +[2] 6 = [2+2] 6 +[2] 6 = [4] 6 +[2] 6 = [4+2] 6 = [6] 6 = [0] 6 7 [3] 4 = [7 3] 4 = [21] 4 = [1] 4 b) Muodostetaan joukon {[2] 10, [4] 10, [6] 10, [8] 10 } laskutaulu: [2] 10 [4] 10 [6] 10 [8] 10 [2] 10 [2 2] 10 [2 4] 10 [2 6] 10 [2 8] 10 [4] 10 [4 2] 10 [4 4] 10 [4 6] 10 [4 8] 10 [6] 10 [6 2] 10 [6 4] 10 [6 6] 10 [6 8] 10 [8] 10 [8 2] 10 [8 4] 10 [8 6] 10 [8 8] 10 [2] 10 [4] 10 [6] 10 [8] 10 [2] 10 [4] 10 [8] 10 [12] 10 [16] 10 [4] 10 [8] 10 [16] 10 [24] 10 [32] 10 [6] 10 [12] 10 [24] 10 [36] 10 [48] 10 [8] 10 [16] 10 [32] 10 [48] 10 [64] 10 [2] 10 [4] 10 [6] 10 [8] 10 [2] 10 [4] 10 [8] 10 [2] 10 [6] 10 [4] 10 [8] 10 [6] 10 [4] 10 [2] 10 [6] 10 [2] 10 [4] 10 [6] 10 [8] 10 [8] 10 [6] 10 [2] 10 [8] 10 [4] 10 1.

Tästä nähdään, että joukko on suljettu kertolaskun suhteen. Jos alkiot järjestellään tauluun toisella tavalla, taulu näyttää seuraavalta: [6] 10 [2] 10 [4] 10 [8] 10 [6] 10 [6] 10 [2] 10 [4] 10 [8] 10 [2] 10 [2] 10 [4] 10 [8] 10 [6] 10 [4] 10 [4] 10 [8] 10 [6] 10 [2] 10 [8] 10 [8] 10 [6] 10 [2] 10 [4] 10 joten kyseessä on itse asiassa jo ennestään tuttu neljän alkion syklinen ryhmä. On huomionarvoista, että joukko Z 10 ei muodosta kertolaskun suhteen ryhmää, mutta kuitenkin tässä tehtävässä käsitelty joukko on Z 10 :n osajoukko., 2. Toisinaan laskutoimitus yritetään määritellä kaavalla, jossa tulos muuttuu sen mukaan, missä muodossa alkiot kirjoitetaan. Tämä ei tietenkään käy päinsä. Alla on yritetty määritellä erilaisia laskutoimituksia. Selvitä, käyvätkö ehdot todellakin laskutoimituksen määritelmiksi. a) joukon Q laskutoimitus (a/b) (c/d) = a + b b) joukon Z 5 laskutoimitus [a] 5 [b] 5 = [ a + b ] 5 c) joukon Q \ {0} laskutoimitus (a/b) (c/d) = (ad)/(bc) Ratkaisu. Kaava, jonka tulos muuttuu alkioiden kirjoitusasun mukaan, ei määrittele kuvausta, sillä se liittää yhteen lähtöjoukon alkioon useita maalijoukon alkioita. Siten tällaisella kaavalla ei myöskään voida määritellä laskutoimitusta, sillä laskutoimitus on kuvaus. a) Annettu kaava ei määrittele laskutoimitusta. Esimerkiksi 1/2 = 2/4, mutta 1 2 1 2 = 1 + 2 = 3 6 = 2 + 4 = 2 4 2 4. b) Annettu kaava ei määrittele laskutoimitusta. Esimerkiksi [4] 5 = [ 1] 5, mutta [ 1] 5 [ 1] 5 = [ 1 + 1 ] 5 = [2] 5 [3] 5 = [4 + 4] 5 = [4] 5 + [4] 5. 2

c) Annettu kaava määrittelee laskutoimituksen. Jokainen rationaaliluku p/q, p, q Z, q 0 voidaan kirjoittaa muodossa (kp)/(kq) jokaisella k Z\{0}. Olkoon a/b, c/d Q\{0} ja m, n Z\{0}. Tällöin kokonaislukujen kertolaskun vaihdannaisuuden ja liitännäisyyden nojalla a b c d = ad bc = (mn)ad (mn)bc = (ma)(nd) (mb)(nc) = ma mb nc nd, joten laskutoimituksen tulos ei riipu lukujen a/b ja c/d kirjoitusasusta. 3. Määritä ryhmän (Z 12, +) aliryhmät. Ratkaisu. Ryhmä (Z 12, +) on syklinen, sillä [1] 12 = Z 12, joten voidaan hyödyntää (äärellisiä) syklisiä ryhmiä koskevia lauseita. Luvun 12 tekijät ovat 1, 2, 3, 4, 6 ja 12, joten ryhmällä Z 12 on kuusi aliryhmää, jotka ovat muotoa [k] 12, jossa k on luvun 12 tekijä. Ryhmän Z 12 aliryhmät ovat siis [1] 12 = Z 12 [2] 12 = {[0] 12, [2] 12, [4] 12, [6] 12, [8] 12, [10] 12 } [3] 12 = {[0] 12, [3] 12, [6] 12, [9] 12 } [4] 12 = {[0] 12, [4] 12, [8] 12 } [6] 12 = {[0] 12, [6] 12 } [12] 12 = [0] 12 = {[0] 12 }. Kaikki näistä aliryhmistä eivät kohtaa vain triviaalisti, vaan osa niistä sisältyy toisiinsa. Aliryhmien sisältymistä toisiinsa voidaan havainnollistaa ns. Hassen kaaviolla: Z 12 [2] 12 [3] 12 [4] 12 [6] 12 [0] 12 3

4. a) Tarkastellaan ryhmän S 6 aliryhmää (14)(263). Määritä sen kaikki aliryhmät. b) Tarkastellaan ryhmän (Q\{0}, ) aliryhmää H = {4 n n Z}. Mitkä ovat ryhmän H aliryhmät? Ratkaisu. a) Alkio (14)(263) koostuu kahdesta erillisestä syklistä, joten ei ole väliä, kummassa järjestyksessä syklit suoritetaan. Toisin sanoen (14)(263) = (263)(14). Tutkitaan nyt, mikä on alkion (14)(263) kertaluku: ((14)(263)) 2 = (14) 2 (263) 2 = (263) 2 = (236) ((14)(263)) 3 = (14) 3 (263) 3 = (14) ((14)(263)) 4 = (((14)(263)) 2 ) 2 = (236) 2 = (263) ((14)(263)) 5 = (14)(263)((14)(263)) 4 = (14)(263)(263) = (14)(236) ((14)(263)) 6 = (((14)(263)) 3 ) 2 = (14) 2 = (1). Siten syklisessä ryhmässä (14)(263) on 6 alkiota. Koska luvun 6 kaikki tekijät ovat 1, 2, 3 ja 6, ryhmän (14)(263) aliryhmiksi saadaan kurssin materiaalin nojalla (14)(263) = {(1), (14), (236), (263), (14)(236), (14)(263)} ((14)(263)) 2 = {(1), (236), (263)} ((14)(263)) 3 = {(1), (14)} ((14)(263)) 6 = {(1)}. Vastaava sisältyvyyskaavio on (14)(263) ((14)(263)) 2 ((14)(263)) 3 ((14)(263)) 6 b) Aliryhmä H on ääretön syklinen ryhmä, sillä alkio 4 virittää sen. Siten kurssin lauseiden nojalla sen kaikki aliryhmät ovat täsmälleen 4

4 k jokaisella k N. Toisin sanoen H k on ryhmän H aliryhmä jokaisella k N, kun asetetaan H k = {(4 k ) n n Z}, ja nämä ovat kaikki ryhmän H aliryhmät. 5. a) Laske syt(510, 115). b) Etsi luvut x, y Z, joille pätee 510x + 115y = syt(510, 115). c) Määritä ryhmässä Z 510 alkion [115] 510 kertaluku. Onko alkio ryhmän virittäjä? Ratkaisu. a) Etsitään lukujen 510 ja 115 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla: ja lopulta Siten syt(510, 115) = 5. 510 = 4 115 + 50 (1) 115 = 2 50 + 15 (2) 50 = 3 15 + 5 (3) 15 = 3 5 + 0. b) Käymällä a-kohdan yhtälöt läpi toiseksi viimeisestä ensimmäiseen, saadaan 5 (3) = 50 3 15 (2) = 50 3 (115 2 50) = 40 3 115 + 6 50 = 7 50 3 115 (1) = 7 (510 4 115) 3 115 = 7 510 28 115 3 115 = 7 510 31 115. Haetut luvut ovat siis x = 7 ja y = 31. 5

c) Koska alkion [1] 510 kertaluku on 510, niin alkion [115] 510 kertaluku saadaan määritettyä luentomateriaalin kaavan avulla: o([115] 510 ) = o(115 [1] 510 ) = 510 syt(510, 115) = 510 5 = 102. Koska alkion [115] 510 kertaluku on 102, niin se virittää ryhmän Z 510 aliryhmän, jossa on 102 alkiota. Siten se ei voi virittää koko ryhmää Z 510. 6. a) Osoita, että 2900 2 (mod 9). b) Mikä on jakojäännös, kun 3 2011 7 2011 jaetaan luvulla 8? c) Minä viikonpäivänä ystävänpäivä on vuonna 2012? Ratkaisu. a) Tapa 1. Kongruenssi saadaan osoitettua todeksi huomaamalla, että 29 2 (mod 9) ja 100 1 (mod 9). Nämä kongruenssit voidaan kertoa keskenään, jolloin saadaan 29 100 2 1 (mod 9), eli 2900 2 (mod 9). Tapa 2. Kongruenssi voidaan osoittaa todeksi myös huomaamalla, että aina on voimassa n + km n (mod m) jokaisella n, k Z, sillä m jakaa luvun n + km n = km. Käyttäen tätä tietoa hyväksi 6

saadaan 2900 = 200 + 2700 = 200 + 300 9 200 = 20 + 180 = 20 + 20 9 20 = 2 + 18 = 2 + 2 9 2 (mod 9). b) Luvun 3 2011 7 2011 jakojäännös luvun 8 suhteen saadaan selville tutkimalla, mihin luvun 8 jäännösluokkaan luku 3 2011 7 2011 kuuluu. Jäännösluokkien laskusääntöjä käyttämällä saadaan [3 2011 7 2011 ] 8 = [3 2011 ] 8 [7 2011 ] 8 = 3 [3 2010 ] 8 [7] 2011 8 = 3 [(3 2 ) 1050 ] 8 [ 1] 2011 8 = 3 [3 2 ] 1050 8 [( 1) 2011 ] 8 = 3 [9] 1050 8 [( 1) ( 1) 2010 ] 8 = 3 [1] 1050 8 ( 1) [( 1) 2010 ] 8 = 3 [1 1050 ] 8 + [1] 8 = 3 [1] 8 + [1] 8 = [3] 8 + [1] 8 = [3 + 1] 8 = [4] 8, joten 3 2011 7 2011 = 8 k + 4 jollakin k Z. Siten jakojäännökseksi saadaan 4. c) Tämä vuosi ei ole karkausvuosi, joten tämän vuoden ja ensi vuoden ystävänpäivien välillä on 365 päivää. Tänä vuonna ystäväpäivä oli maanantaina. Ensi vuoden viikonpäivä saadaan selville tutkimalla luvun 365 jakojäännöstä, kun sitä jaetaan luvulla 7. Mikäli jako menee tasan, eli jakojäännös on 0, seuraavaan ystävänpäivään kuluu tasamäärä viikkoja, joten viikonpäivä on tässä tapauksessa myös maanantai. Mikäli jakojäännökseksi jää 1, tasan menevien viikkojen 7

lisäksi kuluu yksi päivä, joten viikonpäivä on tässä tapauksessa tiistai, ja niin edelleen. Tutkitaan siis luvun 365 jakojäännöstä luvun 7 suhteen: 365 = 350 + 15 = 10 35 + 14 + 1 = 10 5 7 + 2 7 + 1 = (10 5 + 2) 7 + 1 = 52 7 + 1 1 (mod 7). Siten jakojäännökseksi saatiin 1, joten ystävänpäivään kuluu tasamäärä viikkoja ja yksi päivä, joten ensi vuonna ystävänpäivä on tiistaina. 8