Lukuteorian kertausta

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

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

811120P Diskreetit rakenteet

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

a ord 13 (a)

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

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

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

1 Lukujen jaollisuudesta

Matematiikan mestariluokka, syksy

Rationaaliluvun desimaaliesitys algebrallisesta ja lukuteoreettisesta näkökulmasta

Algebra I, harjoitus 5,

a b 1 c b n c n

Diofantoksen yhtälön ratkaisut

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

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

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

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 2

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

2 j =

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 3, MALLIRATKAISUT

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

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

2017 = = = = = = 26 1

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

Fermat n pieni lause. Heikki Pitkänen. Matematiikan kandidaatintutkielma

3. Kongruenssit. 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi

Testaa taitosi 1: Lauseen totuusarvo

Primitiiviset juuret: teoriaa ja sovelluksia

ALKULUKUJA JA MELKEIN ALKULUKUJA

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

4. Eulerin ja Fermat'n lauseet

on Abelin ryhmä kertolaskun suhteen. Tämän joukon alkioiden lukumäärää merkitään

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

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Ville-Matti Erkintalo. Lukuteoria ja RSA

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

Törmäyskurssi kilpailulukuteoriaan pienin välttämätön oppimäärä

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Modulaarisista laskutaulukoista

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

Lukuteoria. Eukleides Aleksandrialainen (n. 300 eaa)

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Jussi Tervaniemi. Primitiiviset juuret

RSA-salaus ja sen lukuteoreettinen pohja

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

Jäännösluokat. Alkupala Aiemmin on tullut sana jäännösluokka vastaan. Tarkastellaan

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

Lukuteorian kurssi lukioon

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

Algebra I. Kevät 2004 Pentti Haukkanen

LUKUTEORIA johdantoa

Valitse kuusi tehtävää! Kaikki tehtävät ovat 6 pisteen arvoisia.

n (n 1) avainten vaihtoa. Miljoonalle käyttäjälle avainten vaihtoja tarvittaisiin

LUKUTEORIA 1 JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO

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

Epälineaarisia Diofantoksen yhtälöitä

Multiplikatiivisista funktioista

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

LUKUTEORIAN ALKEET HELI TUOMINEN

Eräitä RSA-salauksen haavoittuvuuksia

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Jenny Virolainen. Kongruenssista

Liite 2. Ryhmien ja kuntien perusteet

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

d Z + 17 Viimeksi muutettu

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

Algebran peruskurssi I

Diofantoksen yhtälöt Pro gradu -tutkielma Pasi Juopperi Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto Syksy 2013

Eulerin lauseen merkitys kryptauksen kannalta

1 Algebralliset perusteet

41 s. Neljännessä luvussa käsitellään erikseen parillisia täydellisiä lukuja. Luvussa osoitetaan Eukleides Euler teoreema,

Lyhyt johdatus alkeelliseen lukuteoriaan. Esa V. Vesalainen

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET. Tapani Matala-aho

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

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET Merkintöjä ja Algebrallisia rakenteita

Johdatus p-adisiin lukuihin

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

2 ALGEBRA I. Sisällysluettelo

ALKULUVUISTA (mod 6)

2.1. Tehtävänä on osoittaa induktiolla, että kaikille n N pätee n = 1 n(n + 1). (1)

LUKUTEORIA I. Tapani Matala-aho

(ψ + ζ)φ(a) = ψφ(a) + ζφ(a) = (ψφ + ζφ)(a), φ(ψ + ζ)(a) = φ(ψ(a) + ζ(a)) = φψ(a) + φζ(a) = (φψ + φζ)(a).

811120P Diskreetit rakenteet

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

pdfmark=/pages, Raw=/Rotate Lukujoukot Sekalaisia merkintöjä Porrasfunktiot Tärkeitä kaavoja...

Sisällöstä. Oppimateriaali. 1 Lukujärjestelmät. 1.1 Jakoyhtälö

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

Shorin algoritmin matematiikkaa Edvard Fagerholm

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

Lukuteorian helmiä lukiolaisille. 0. Taustaa. Jukka Pihko Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto

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

Lukuteorian sovelluksia tiedon salauksessa

Luentorunko ja harjoitustehtävät. SALAUSMENETELMÄT (801346A) 4 op, 2 ov

Tekijäryhmät ja homomorsmit

Multiplikatiiviset funktiot

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

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

Korkeamman asteen kongruensseista

Täydelliset totienttiluvut

Transkriptio:

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 + 5 eli q = 5 ja r = 5. Esimerkki 2: Jos a = 28 ja b = 5, niin 28 = 6 5 + 2 eli q = 6 ja r = 2. Jaollisuus 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. Jos p Z, p 2 ja luvulla p ei ole muita tekijöitä kuin ±1 ja ±p, niin lukua p sanotaan alkuluvuksi. Jos luku n Z ja on olemassa sellaiset a, b Z, a, b 2, että n = ab, niin sanotaan, että n on yhdistetty luku. Esimerkki 3: Koska 15 = 3 5, niin 3 15. 1

Aritmetiikan peruslause Jokainen kokonaisluku n 2 voidaan esittää yksikäsitteisesti muodossa n = p a 1 1 pa 2 2 pa k k, missä p 1 < p 2 <... < p k ovat alkulukuja ja eksponentit a 1, a 2,..., a k positiivisia kokonaislukuja. Esimerkki 4: 180 = 4 9 5 = 2 2 3 2 5 Suurin yhteinen tekijä 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; merkitään t = syt(a, b). Lisäksi on olemassa sellaiset kokonaisluvut x ja y, että syt(a, b) = ax + by. Esimerkki 5: Lukujen 60 = 2 2 3 5 ja 75 = 3 5 2 suurin yhteinen tekijä on syt(60, 75) = 3 5 = 15. Lisäksi 15 = 1 75 + ( 1) 60. 2

Pienin yhteinen jaettava Olkoot a, b Z. Jos positiivinen kokonaisluku t toteuttaa 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; merkitään t = pyj(a, b). Tällöin pyj(a, b) = a b syt(a,b). Esimerkki 6: Lukujen 60 = 2 2 3 5 ja 75 = 3 5 2 pienin yhteinen jaettava on pyj(60, 75) = 2 2 3 5 2 = 300 = 4500 15 = 60 75 15. 3

Eukleideen algoritmi Olkoot a, b Z \ {0}. Nyt on olemassa sellainen n N, että a = q 1 b + r 1, missä 0 < r 1 < b, b = r 0 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. Tällöin r n = syt(a, b). Esimerkki 7: Määrätään lukujen 525 ja 135 suurin yhteinen tekijä. Eukleideen algoritmin mukaan 525 = 3 135 + 120 120 = 525 3 135 135 = 1 120 + 15 15 = 135 1 120 120 = 8 15 Näin ollen syt(525, 135) = 15. Lisäksi syt(525, 135) = 135 1 120 = 135 1 (525 3 135) = 4 135 1 525. 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) Esimerkki 8: Koska 5 10 = (21 11), niin 21 11 (mod 5). Kongruenssin ominaisuuksia Jos a b (mod m) ja c d (mod m), niin a + c b + d ac bd (mod m), (mod m), a n b n (mod m), n N. Jos ac bc (m) ja syt(c, m) = 1, niin a b (m) Jos a b (m) ja b c (m), niin a c (m); Esimerkki 9: 5 9 177 + 3765 5 ( 1) 177 + 5 = 5 + 5 = 0 (mod 10). 5

Kongruenssiyhtälö Kongruenssiyhtälö ax b (mod m) (1) on ratkeava täsmälleen silloin, kun d = syt(a, m) b. Jos x 0 on jokin tämän kongruenssin ratkaisu, niin kaikki ratkaisut ovat muotoa x x 0 (mod m d ). Yhtälön (1) eräs ratkaisu x 0 voidaan löytää 1) kokeilemalla, 2) Eukleideen algoritmilla. Yhtälön (1) voi ratkaista myös kertomalla puolittain sellaisella luvulla c, että ac 1 (mod m). Esimerkki 10: Ratkaistaan yhtälö 5x 4 (mod 7). Koska syt(5, 7) = 1 4, niin yhtälöllä on ratkaisu. Tapa 1: Eukleideen algoritmilla saadaan 7 = 1 5 + 2 2 = 7 5 5 = 2 2 + 1 1 = 5 2 2, joten 1 = 5 2 (7 5) = 3 5 2 7. Tästä saadaan 4 = 12 5 8 7, joten kongruenssiyhtälön eräs ratkaisu on x 0 = 12. Siispä kaikki ratkaisut ovat x 12 5 (mod 7). Tapa 2: Kertomalla yhtälö puolittain luvulla 3 saadaan 15x 12 (mod 7) x 5 (mod 7) 6

Eulerin ϕ-funktio Funktio ϕ : Z + Z +, ϕ(m) = #{x x N, x < m ja syt(x, m) = 1}. Jos p on alkuluku, niin ϕ(p) = p 1. Jos p on alkuluku ja k N, niin ϕ(p k ) = p k 1 (p 1). Jos syt(m, n) = 1, niin ϕ(mn) = ϕ(m)ϕ(n). Esimerkki 11: ϕ(252) = ϕ(2 2 3 2 7) = ϕ(2 2 )ϕ(3 2 )ϕ(7) = 2 2 1 (2 1) 3 2 1 (3 1) (7 1) = 2 3 2 6 = 72. Eulerin teoreema Olkoot a, m Z +. Jos syt(a, m) = 1, niin a ϕ(m) 1 (m). Esimerkki 12: Koska ϕ(252) = 72, niin 3 145 = 3 2 72+1 = (3 72 ) 2 3 1 2 3 = 3 (mod 252). 7

Jäännösluokat Joukko [y] = {x Z x y (mod m)} (= ȳ). on alkion y määräämä jäännösluokka modulo m. Jäännösluokkaa [a] sanotaan alkuluokaksi (mod m), mikäli syt(a, m) = 1. Jäännösluokkien joukko Z m = {[0], [1], [2],..., [m 1]}. Alkuluokkien joukko Z m. Esimerkki 13: Z 10 = {[0], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]} Z 10 = {[1], [3], [7], [9]} HUOM! Tällä kurssilla merkitään yleensä [a] = a, mutta pitää muistaa olla tarkkana, milloin kyseessä on jäännösluokka ja milloin kokonaisluku! Jäännösluokkien laskutoimitukset Jos [x], [y] Z m, niin määritellään [x] + [y] = [x + y], [x][y] = [xy]. Esimerkki 14: Olkoot 5, 3 Z 7. Tällöin 5 + 3 = 8 = 1 ja 5 3 = 15 = 1. 8

Jäännösluokkaryhmät (Z m, +) on ryhmä. Sen kertaluku on Z m = m, neutraalialkio [0] ja alkion [a] Z m käänteisalkio on [ a]. (Z m, ) on ryhmä. Sen kertaluku on Z m = ϕ(m) ja neutraalialkio [1]. Alkion [a] Z m käänteisalkio [a] 1 saadaan laskettua Eukleideen algoritmin avulla: Koska syt(a, m) = 1, niin Eukleideen algoritmin avulla löydetään sellaiset kokonaisluvut x ja y, että 1 = ax + my. Tällöin [a] 1 = [x]. Esimerkki 15: Määrätään alkion 7 Z 26 käänteisalkio. Eukleideen algoritmilla saadaan joten 26 = 3 7 + 5 5 = 26 3 7 7 = 1 5 + 2 2 = 7 1 5 5 = 2 2 + 1 1 = 5 2 2, 1 = 5 2 2 = 5 2 (7 5) = 3 5 2 7 = 3(26 3 7) 2 7 = 3 26 11 7. Näin ollen 7 1 = 11 = 15. 9