MA1301 Tallteori Høsten 2014 Løsninger til Eksamen

Like dokumenter
Oversikt over kvadratiske kongruenser og Legendresymboler

Forelesning 19 torsdag den 23. oktober

Forelesning 14 torsdag den 2. oktober

Forelesning 20 mandag den 27. oktober

Oversikt over bevis at det finnes uendelig mange primtall med bestemte egenskaper

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Oversikt over pensumet

Oversikt over det kinesiske restteoremet

MA1301 Tallteori Høsten 2014

6 Kryptografi Totienten Eulers teorem Et eksempel på et bevis hvor Eulers teorem benyttes RSA-algoritmen...

Forelesning 5 mandag den 1. september

Forelesning 6 torsdag den 4. september

Oversikt over lineære kongruenser og lineære diofantiske ligninger

Forelesning 21 torsdag den 30. oktober

Oversikt over kryptografi

Forelesning 2 torsdag den 21. august

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Oversikt over pensumet for midtsemesterprøven

Dette brukte vi f.eks. til å bevise binomialteoremet. n i. (a + b) n = a i b n i. i=0

Forelesning 10 torsdag den 18. september

Forelesning 4 torsdag den 28. august

KONTINUASJONSEKSAMEN I TMA4140 LØSNINGSFORSLAG

Forelesning 24 mandag den 10. november

Forelesning 7 mandag den 8. september

TMA4140 Diskret Matematikk Høst 2018

Relativt primiske tall

Største felles divisor. (eng: greatest common divisors)

Forelesning 1 mandag den 18. august

Forelesning 11 mandag den 22. september

LØSNINGSFORSLAG, SIF 5015, DISKRET MATEMATIKK 12. august 2003 Oppgave 1. La oss begynne med å bygge en ikke-deterministisk maskin:

Løsningsforslag Øving 5 TMA4140 Diskret matematikk Høsten 2010

Øvingsforelesning 4. Modulo hva er nå det for no? TMA4140 Diskret Matematikk. 24. og 26. september 2018

LF, KONTINUASJONSEKSAMEN TMA

Forelesning 9 mandag den 15. september

Eksempler på praktisk bruk av modulo-regning.

MA1301 Uke 1: In(tro)duksjon

KLASSISK TALLTEORI. Erik Alfsen og Tom Lindstrøm. Matematisk Institutt, UiO, 1994

Løysingsforslag til eksamen i MA1301-Talteori, 30/

Slides til 4.1 og 4.2: Eksempler på feil i induksjonsbevis. Andreas Leopold Knutsen

Repetisjon: høydepunkter fra første del av MA1301-tallteori.

Teorem 10 (Z n, + n ) er en endelig abelsk gruppe. 8. november 2005 c Vladimir Oleshchuk 35. Teorem 11 (Z n, ) er en endelig abelsk gruppe.

Forelesning 17 torsdag den 16. oktober

Eksamen MAT H Løsninger

Øvingsforelesning 5. Binær-, oktal-, desimal- og heksidesimaletall, litt mer tallteori og kombinatorikk. TMA4140 Diskret Matematikk

b) 17 går ikke opp i 84 siden vi får en rest på 16 når 84 deles med 17 c) 17 går opp i 357 siden

MAT 4000 Innføring i klassisk tallteori

Kommentarer til Eksamen IM005 - V02

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MNF130 VÅREN 2010 OPPGAVE 1

Den første implikasjonen er bevist i oppgave 1.30c. Den andre vises kontrapositivt slik:

Slides til 1.6 og 1.7. Andreas Leopold Knutsen

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN VÅR07, MA0301

Euklids algoritmen. p t 2. 2 p t n og b = p s 1. p min(t 2,s 2 )

Il UNIVERSITETET I AGDER

Introduksjon i tallteotri med anvendelser

Innføring i bevisteknikk

MAT 1140 Innføring i klassisk tallteori

Heltallsdivisjon og rest div og mod

1. Bevis følgende logiske ekvivalens: ((p q) p) (p q) 2. Bestem de sannhetsverdier for p, q og r som gjør følgende utsagn galt: (p (q r)) (q r p)

Karakteriseringen av like mengder. Mengder definert ved en egenskap.

MAT 1140 Innføring i klassisk tallteori

Hint til oppgavene. Uke 34. Uke 35. Fullstendige løsningsforslag finnes på emnesidene for 2017.

TALL. 1 De naturlige tallene. H. Fausk

Heltallsdivisjon og rest div og mod

MATEMATIKK 1 (for trinn) Emnebeskrivelser for studieåret 2014/2015

LØSNINGSFORSLAG SIF5015 DISKRET MATEMATIKK Onsdag 18. desember 2002

STØRRELSER OG TALL Om størrelser skriver Euklid i Bok 5: 1. En størrelse er en del av en annen størrelse, den mindre av den større når den måler (går

Diskret matematikk tirsdag 13. oktober 2015

LO118D Forelesning 6 (DM)

FASIT/LF FOR EKSAMEN TMA4140, H07

Matematikk for IT, høsten 2016

LØSNINGSFORSLAG KONT 07, TMA4140

Matematikk for IT, høsten 2015

Forord. Oslo, juni 2001 Arne B. Sletsjøe

Kapittel 4: Mer predikatlogikk

Modulo-regning. hvis a og b ikke er kongruente modulo m.

Ingen hjelpemiddel er tillatne. Ta med all mellomrekning som trengst for å grunngje svaret. Oppgåve 1... (4%) = = 10 =

Matematikk for IT, høsten 2017

Løsningsforslag til eksamenen i MAT103, våren 2015

Primtall. Et heltall p > 0 kalles et primtall hvis kun 1 og p går opp i p.

HJEMMEOPPGAVER (utgave av ):

Plenumsregning 12. Diverse oppgaver. Roger Antonsen mai Eksamen 12/6-06 Oppgave 2. Plan

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsningsforslag oblig. innlevering 1

Test, 2 Algebra. Innhold. 2.1 Tallfølger. R2, Algebra Quiz

Definisjon 1.1 (Sunnhet). Sekventkalkylen LK er sunn hvis enhver LK-bevisbar sekvent er gyldig.

INNHOLD. Side Eksempeleksamen 2T - Hele oppgavesettet 1. Oppgave 1 Eksempeleksamen 10

Obligatorisk oppgave 2 i MAT1140, Høst Løsninger og kommentarer

NTNU KOMPiS Studieplan for MATEMATIKK 1 ( trinn) Studieåret 2014/2015

Niels Henrik Abels matematikkonkurranse Finale Løsninger

Analysedrypp I: Bevis, mengder og funksjoner

NTNU KOMPiS Studieplan for MATEMATIKK 1 ( trinn) med hovedvekt på trinn Studieåret 2015/2016

Oppfriskningskurs i Matematikk

Repetisjonsforelesning - INF1080

KOMPENDIUM FOR FORKURS I MATEMATIKK FOR MASTERSTUDIET I INFORMASJONSSIKKERHET VED HØGSKOLEN I GJØVIK SOMMEREN 2004.

Noen tallteoretiske resultater av Fermat

Oppfriskningskurs i matematikk Dag 3

MAT1030 Diskret Matematikk

MAT1030 Diskret matematikk

Kvantorer. MAT1030 Diskret matematikk. Kvantorer. Kvantorer. Eksempel. Eksempel (Fortsatt) Forelesning 8: Predikatlogikk, bevisføring

Analysedrypp I: Bevis, mengder og funksjoner

Oppgave 4.4 Skriv ned setninger som svarer til den konverse og den kontrapositive av følgende utsagn.

MAT1030 Forelesning 8

Transkript:

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Løsning til Eksamen Richard Williamson 11. desemb 2014 Innhold Oppgave 1 2 a)........................................... 2 b)........................................... 2 c)........................................... 2 d)........................................... 4 Oppgave 2 4 a)........................................... 4 b)........................................... 6 Oppgave 3 7 a)........................................... 7 b)........................................... 7 Oppgave 4 8 a)........................................... 8 b)........................................... 9 Oppgave 5 12 Oppgave 6 12 a)........................................... 12 b)........................................... 12 c)........................................... 14 1

Oppgave 1 a) Først regn vi ut u 3 : Da u 3 = u 2 + u 1 = 1 + 1 = 2. u 4 = u 3 + u 2 = 2 + 1 = 3 u 5 = u 4 + u 3 = 3 + 2 = 5. b) Vi har: 2 2. Dfor Vi har 2 4. Dfor u 4 u 1 = 3 1 = 2 u 4 u 1 (mod 2). u 5 u 2 = 5 1 = 4 u 5 u 2 (mod 2). c) Ut ifra b), utsagnet sant når n = 1 når n = 2. Anta at utsagnet har blitt bevist når n = m når n = m 1, hvor m et gitt naturlig tall slik at m 2. Således har det blitt bevist at at altså at at Vi gjør følgende obsvasjon. u m+3 u m (mod 2) u (m 1)+3 u m 1 (mod 2), u m+3 u m (mod 2) u m+2 u m 1 (mod 2). 2

(1) Ut ifra definisjonen til Fibonaccitallene, Dfor u m+4 = u m+3 + u m+2. u (m+1)+3 = u m+4 = u m+3 + u m+2. (2) Ut ifra antakelsen at at u m+3 u m (mod 2) u m+2 u m 1 (mod 2), u m+3 + u m+2 u m + u m 1 (mod 2). (3) Ut ifra definisjonen til Fibonaccitallene, u m + u m 1 = u m+1 Det følg fra (1) (3) at u (m+1)+3 u m+1 (mod 2). Således har vi bevist at utsagnet sant når n = m + 1. Ved induksjon konklud vi at utsagnet sant for et hvilket som helst naturlig tall n. Utsagnet kan så bevises på følgende måte uten å benytte induksjon. Ut ifra definisjonen til Fibonaccitallene, u n+3 = u n+2 + u n+1 u n+2 = u n+1 + u n. Dfor u n+3 = u n+2 + u n+1 = (u n+1 + u n ) + u n+1 = 2u n+1 + u n Vi har: Vi konklud at 2u n+1 + u n 0 u n+1 + u n = u n (mod 2). u n+3 u n (mod 2). 3

d) u 371 = u 2+123 3, følg det fra c) ved induksjon at u 2 = 1, følg det at u 371 u 2 (mod 2). u 371 1 (mod 2), altså at u 371 et oddetall. Altnativt kan vi argumente som følg. Dsom u 371 et partall, har vi: 2 u 371. u 3 = 2, har vi da: u 3 u 371. Det følg da fra et resultat fra kurset at 3 371. dette ikke sant, konklud vi at u 371 ikke et partall, altså at u 371 et oddetall. Oppgave 2 a) Vi gjør følgende obsvasjon. (1) Vi har: x = 1 en løsning til kongruensen 17x 1 (mod 4). (2) Vi har: x = 4 en løsning til kongruensen 4x 1 (mod 17). (3) Det følg fra (1), (2), det kinesiske restteoremet at en løsning både til kongruensen til kongruensen x = 17 1 3 + 4 ( 4) 2 = 19 x 3 (mod 4) x 2 (mod 17). I tillegg fastslår det kinesiske restteoremet at for et hvilket som helst heltall x slik at x 3 (mod 4) x 2 (mod 17) x 19 (mod 4 17) altså x 19 (mod 68). 4

(4) For å løse kongruensene 19x 1 (mod 68) 68x 1 (mod 19), benytt vi Euklids algoritme. 68 = 3 19 + 11 19 = 1 11 + 8 11 = 1 8 + 3 8 = 2 3 + 2 3 = 1 2 + 1 2 = 2 1. Da får vi: 11 = 68 3 19 8 = 19 1 11 = 19 1 (68 3 19) = ( 1) 68 + 4 19 3 = 11 1 8 = (68 3 19) 1 (4 19 1 68) = 2 68 7 19 2 = 8 2 3 = (( 1) 68 + 4 19) 2 (2 68 7 19) = ( 5) 68 + 18 19 1 = 3 1 2 = (2 68 7 19) 1 (( 5) 68 + 18 19) = 7 68 + ( 25) 19. Dmed x = 25 en løsning til kongruensen 19x 1 (mod 68), x = 7 en løsning til kongruensen 68x 1 (mod 19). (5) Det følg fra (4) det kinesiske restteoremet at x = 19 ( 25) 19 + 68 7 3, 5

altså x = 7597, en løsning både til x 19 (mod 68) til x 3 (mod 19). I tillegg fastslår det kinesiske restteoremet at x 19 (mod 68) x 3 (mod 19) for et hvilket som helst heltall x slik at x 7597 (mod 68 19) altså x 7597 (mod 1292). 7597 155 (mod 1292), følg det at x = 155 en løsning både til x 19 (mod 68) til x 3 (mod 19). b) (6) Det følg fra (3) (5) at x = 155 en løsning til alle de tre kongruensene i oppgaven. I tillegg oppfyll x kravet 0 x < 1292. Anta at det finnes et heltall x slik at disse to kongruensene sanne. x 4 (mod 6), følg det at x 4 (mod 3). 4 1 (mod 3), x 1 (mod 3). 6

følg det at Det følg at x 11 (mod 15), x 11 (mod 3). 11 2 (mod 3), x 2 (mod 3). 2 1 (mod 3). Dette ikke sant! Vi konklud at det ikke finnes et heltall x slik at de to kongruense i oppgaven sanne. Oppgave 3 a) Vi har: 53 et primtall. Da fastslår Fmats lille teorem at 3 52 1 (mod 53). Dmed 3 472 = 3 9 52+4 = ( 3 52) 9 3 4 1 9 3 4 = 81 28 (mod 53). Det følg at 2 3 472 2 28 = 56 3 (mod 53). b) Vi har: 36 (49!) = ( 6) ( 3) ( 2) ( 1) (49!) ( 6) 50 51 52 (49!) = ( 6) (49!) 50 51 52 (mod 53). Dmed 36 (49!) ( 6) (52!) (mod 53). 53 et primtall, fastslår Wilsons teorem at 52! 1 (mod 53). 7

Dfor Dmed ( 6) (52!) ( 6) ( 1) = 6 (mod 53). 36 (49!) 6 (mod 53). Da 36 (49!) 4 3 472 = 36 (49!) 2 (2 3 472) 6 2 3 = 6 6 0 (mod 53). Vi konklud at 36 (49!) 4 3 472 delelig med 53. Oppgave 4 a) Vi har: ( 21) 2 4 12 8 = 57. 39 2 57 (mod 61), følg det fra teorien for kvadratiske kongruens fra kurset at en løsning til kongruensen (2 12)x 39 ( 21) (mod 61), altså til kongruensen 24x 60 (mod 61), en løsning til den kvadratiske kongruensen i oppgaven. For å løse kongruensen 24x 60 (mod 61), benytt vi Euklids algoritme. 61 = 2 24 + 13 24 = 1 13 + 11 13 = 1 11 + 2 11 = 5 2 + 1 2 = 2 1 8

Da får vi: 13 = 61 2 24 11 = 24 1 13 = 24 1 (61 2 24) = ( 1) 61 + 3 24 2 = 13 1 11 = (61 2 24) 1 (( 1) 61 + 3 24) = 2 61 + ( 5) 24 1 = 11 5 2 = (( 1) 61 + 3 24) 5 (2 61 + ( 5) 24) = ( 11) 61 + 28 24. Dmed x = 28 60, altså x = 1680, en løsning til kongruensen 24x 60 (mod 61). Vi konklud at x = 1680 en løsning til den kvadratiske kongruensen i oppgaven. b) Vi gjør følgende obsvasjon. (1) Vi har: Da (2) Vi har: 238 2 4 13 269 = 42656. L 42656 43789 = L 25 31 43 43789 = L 25 43789 L 31 43789 L 43 43789. L 25 43789 = L (22 ) 2 2 43789 = L (22 ) 2 43789 L2 43789 = 1 L 2 43789 = L 2 43789. 43789 5 (mod 8), L 2 43789 = 1. Dmed L25 43789 = 1. (3) L 31 43789 = L43789 31. L 43789 31 = L 17 31. 43789 1 (mod 4), 43789 17 (mod 31), 9

(4) 17 et primtall 17 1 (mod 4), L 17 31 = L31 17. 31 14 (mod 17), (5) L 2 17 = 1. (6) L 31 17 = L 14 17 = L 2 7 17 = L 2 17 L 7 17. 17 1 (mod 8), 17 1 (mod 4), L 7 17 = L17 7. 17 3 (mod 7), L 17 7 = L3 7. (7) både 3 3 (mod 4) 7 3 (mod 4), L 3 7 = L 7 3. 7 1 (mod 3), L 7 3 = L 1 3 = 1. (8) Det følg fra (6) (7) at L 7 17 = 1. (9) Det følg fra (3) (5) (8) at L 31 43789 = L 2 17 L 7 17 = 1 ( 1) = 1. (10) L 43 43789 = L43789 43. 43789 1 (mod 4), 43789 15 (mod 43), L 43789 43 = L 15 43 = L 3 43 L 5 43. 10

(11) både L 43 3 = L1 3 = 1. Dmed L3 43 = 1. (12) 3 3 (mod 4) 43 3 (mod 4), L 3 43 = L 43 3. 43 1 (mod 3), 5 1 (mod 4), L 5 43 = L43 5. 43 3 (mod 5), L 43 5 = L3 5. (13) 5 1 (mod 4), L 3 5 = L5 3. 5 2 (mod 3), L 5 3 = L2 3. 3 3 (mod 8), L 2 3 = 1. (14) Det følg fra (12) (13) at L 5 43 = 1. (15) Det følg fra (10), (11), (14) at (16) Det følg fra (1), (2), (9), (15) at L 43 43789 = L 3 43789 L 5 43789 = ( 1) ( 1) = 1. L 42656 43789 = L 25 31 43 43789 = L 25 43789 L 31 43789 L 43 43789 = ( 1) ( 1) 1 = 1. Dmed 42656 en kvadratisk rest modulo 43789. Vi konklud at det finnes to heltall x slik at 0 x < 43789 x en løsning til den kvadratiske kongruensen i oppgaven. 11

Oppgave 5 Vi gjør følgende obsvasjon. (1) Vi har: 187 = 11 17. Både 11 17 primtall. (2) Vi har: (11 1) (17 1) = 10 16 = 160. (3) Vi har: x = 3 en løsning til kongruensen 53x 1 (mod 160), altså x = 157 en løsning til denne kongruensen. (4) Vi har: 25 157 = ( 25 7) 22 25 3 ( 2) 22 25 3 81 104 = 8424 9 (mod 187). (5) Når vi ovsett 9 til et symbol, får vi: I. Oppgave 6 a) Vi har: 2, 5, 11, 17, 23. b) La q være produktet av alle de primtallene som mindre enn ell like n, som kongruent til 2 modulo 3. Ut ifra aritmetikkens fundamentalteorem, finnes det et naturlig tall t primtall p 1,..., p t slik at 3q 1 = p 1 p t. For hvt naturlig tall i slik at i t, ett av følgende sant: (1) p i 0 (mod 3); (2) p i 1 (mod 3); (3) p i 2 (mod 3). Anta at det finnes et naturlig tall i slik at (1) sant. Da har vi: 3 p i. 3q 1 = (p 1 p i 1 p i+1 p t ) p i, har vi i tillegg: p i 3q 1. Dfor har vi: 3 3q 1, altså 3q 1 (mod 3). 12

Imidltid det ikke sant at kan det ikke være sant at både 3q 1 1 2 (mod 3). 1 2 (mod 3), 3q 1 1 (mod 3) 3q 1 2 (mod 3). antakelsen at det finnes et naturlig tall i slik at (1) sant før til at begge kongruesene sanne, konklud vi at det ikke finnes et naturlig tall i slik at (1) sant. Dmed enten (2) ell (3) sant for hvt naturlig tall i slik at i t. Dfor ett av følgende sant. (A) For alle de naturlige tallene i slik at i t, p i 1 (mod 3). (B) Det minnes minst ett naturlig tall i slik at i t Anta at (A) sant. Da altså p i 2 (mod 3). 3q 1 = p 1 p t 1 } 1 {{ 1} = 1 (mod 3), t gang 3q 1 1 (mod 3). Som ovenfor, kan dette ikke være sant. antakelsen at (A) sant før til at denne kongruensen sanne, konklud vi at det ikke finnes et naturlig tall i slik at (A) sant. Dfor (B) sant, altså finnes det et naturlig tall i slik at i t p i 2 (mod 3). Anta at p i n. Vi gjør følgende obsvasjon. (1) p i 2 (mod 3), følg det fra definisjonen til q antakelsen at p i n at p i q. Da har vi: p i 3q. (2) 3q 1 = (p 1 p i 1 p i+1 p t ) p i har vi: p i 3q 1. Da har vi: p i (3q 1), altså p i 3q + 1. 13

(3) Det følg fra (1) (2) at p i 3q (3q 1), altså at p i 1. p i et primtall, p i 2. Det kan ikke være sant at både p i 1 p i 2. antakelsen at p i n før til denne motsigelsen, konklud vi at det ikke sant at p i n. Dfor p i > n. c) De primtallene som mindre enn ell like 14 som kongruent til 2 modulo 3 2, 5, 11. En primtallsfaktorising til 3 (2 5 11) 1, altså til 329, Dmed får vi at p = 47. 7 47. 14