UNIVERSITETET I BERGEN

Like dokumenter
Emnerapport for MAUMAT vår og 2015 vår av Runar Ile 11/ Navn på emneansvarlig: Runar Ile (begge årene) Hvilke styringsorgan har

Utvidet løsningsforslag til Eksamen vår 2010

Eksamensoppgave i TMA4150 Algebra

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Andre samling Runar Ile

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Første samling Runar Ile

Forslag til løsninger, TMA4150 Algebra, 29. mai 2018 Side 1 av 5

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Fjerde samling Runar Ile

Eksamen i MNFMA205/SIF5021, 19. mai 1999-Løsningsforslag a b Oppgave 2. (a) Vi skal vise at H = 0 a b under matrisemultiplikasjon. Vi har at det.

En rekke av definisjoner i algebra

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

Notat i MA2201. Vegard Hagen. 27. mai La S være en mengde og la f, g, h : S S. Da er

Et noget ukomplett oppslagsverk for TMA4150 Algebra og tallteori. Ruben Spaans

x A e x = x e = x. (2)

Oppgave 14 til 9. desember: I polynomiringen K[x, y] i de to variable x og y over kroppen K definerer vi undermengdene:


Oblig 1 - MAT2400. Fredrik Meyer

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.

7 Ordnede ringer, hele tall, induksjon

Oppgaver MAT2500. Fredrik Meyer. 29. august 2014

Grublegruppe 19. sept. 2011: Algebra I

Kommentarer til Eksamen IM005 - V02

UNIVERSITETET I BERGEN

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

Obligatorisk oppgave MAT2200 VÅREN 2011

Algebraiske strukturer

Fasit - det står en sort prikk bak riktig svar. (NB! Rekkefølgen på oppgavesettene varierte).

Notat 05 for MAT Relasjoner, operasjoner, ringer. 5.1 Relasjoner

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

MA2201/TMA4150 Vår 2018

Julenøtter til gruppe 5&7! (IKKE eksamensrelevant, bare for gøy gjerne i romjulen)

MAT Grublegruppen Notat 10

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. Oppgavesettet består av 9 oppgaver med i alt 20 deloppgaver. Ved sensur vil alle deloppgaver telle omtrent like mye.

Introduksjon i tallteotri med anvendelser

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

Løsningsforslag øving 6

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Eksamensoppgave i MA0301 Elementær diskret matematikk løsningsforslag

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

Løsningsforslag Øving 5 TMA4140 Diskret matematikk Høsten 2010

QED 1 7. Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 1 Tallenes hemmeligheter

Løsningsforslag. Oppgavesettet består av 9 oppgaver med i alt 20 deloppgaver. Ved sensur vil alle deloppgaver telle omtrent like mye.

MIDTSEMESTERPRØVE I TMA4140 Diskret matematikk. 14. oktober 2016 Tid:

Direkte produkter. (a, b)(a 0,b 0 )=(ab, a 0 b 0 ).

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

Oppfriskningskurs i Matematikk

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Oversikt over pensumet

MIDTSEMESTERPRØVE I TMA4140 Diskret matematikk. 13. oktober 2017 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 1 i emnet MAT111, høsten 2016

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. Oppgavesettet består av 11 oppgaver med i alt 21 deloppgaver. Ved sensur vil alle deloppgaver telle omtrent like mye.

Lineærtransformasjoner

5.5.1 Bruk matriseregning til å vise at en rotasjon er produktet av to speilinger. Løsningsforslag + + = =

Geometriske avbildninger og symmetri. A2A/A2B Høgskolen i Vestfold

Oppgaver MAT2500 høst 2011

EKSAMEN. Emnekode: Emne: Matematikk for IT ITF Eksamenstid: Dato: kl til kl desember Hjelpemidler: Faglærer:

Forberedelseskurs i matematikk

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

i Dato:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

Repetisjon: om avsn og kap. 3 i Lay

Løsningsforslag til eksamen høst 2016

UNIVERSITETET I OSLO

TALL. 1 De naturlige tallene. H. Fausk

UNIVERSITETET I OSLO

Oppfriskningskurs i matematikk Dag 3

=,,,,, = det( A) a a a a a a a a a a + a a 0 1. a11 a12 a22 a12 a11 a22 a12 a21 a11a12 + a12 a11

DAFE BYFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 1 Innleveringsfrist Fredag 22. januar :00 Antall oppgaver: 5.

UNIVERSITETET I OSLO

OPPGAVER FOR FORUM

Masteroppgave Galois-teori

HJEMMEOPPGAVER (utgave av ):

UNIVERSITETET I OSLO

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

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

Repetisjon: høydepunkter fra første del av MA1301-tallteori.

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Vektorrom. Kapittel 7. Hva kan vi gjøre med vektorer?

Løsningsforslag øving 7

Institutt for matematiske fag EKSAMEN i MA-132 Geometri Torsdag 4. desember 2008 kl Oppgave 1

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

Løsningsforlag til eksamen i Diskret matematikk. 29. november 2017

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. Emne: Emnekode: Matematikk for IT ITF Dato: Eksamenstid: til desember Hjelpemidler: Faglærer:

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

Største felles divisor. (eng: greatest common divisors)

Høgskoleni østfold EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO

INF1080 Logiske metoder for informatikk. 1 Små oppgaver [70 poeng] 1.1 Grunnleggende mengdelære [3 poeng] 1.2 Utsagnslogikk [3 poeng]

UNIVERSITETET I OSLO

Emnenavn: Matematikk for IT. Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

(a) R n defineres som mengden av kolonnevektorer. a 1 a 2. a n. (b) R n defineres som mengden av radvektorer

Høgskoleni østfold. EKSAMEN Ny og utsatt

Transkript:

BOKMÅL UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet MAT220/MAUMAT44 - Algebra Fredag. juni 204, kl. 09-4 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator i samsvar med fakultetets regler. Oppgavesettet er på 3 sider. Oppgave (a) Anta H og N er to undergrupper av en gruppe G. Forklar hvorfor mengden H N = {g G g H og g N} med gruppeoperasjonen fra G både er en undergruppe av H og en undergruppe av N. (b) Forklar hvorfor S 9 har en undergruppe H av orden 8 og en undergruppe N av orden 28. Hvor mange elementer kan det være i undergruppen H N? (c) Anta H og N er to undergrupper av en gruppe G. Forklar hvorfor H N er en normal undergruppe av H hvis N er normal i G. (d) Mengden av matriser n H = n 0 under matrisemultiplikasjon er en undergruppe av den generelle lineære gruppen GL(2, ). Avgjør om H er normal. (a) Mengden H N er en delmengde av G. Vi vet også at det er en undergruppe av G, for den inneholder neutralelementet, er lukket under gruppeoperasjonen i G og er lukket under å danne inverselement. Alle disse tre egenskapene er konsekvens av at både H og N har de samme egenskapene. Vi skal vise at H N er en undergruppe av H. Vi vet at både H og H N er undergrupper av G og at H N er inneholdt i H. Derfor er H N en undergruppe av H, for H N er en delmengde av H som er lukket under den binære gruppeoperasjonen i H, og som er en gruppe under den induserte operasjon på H N. På samme måte ser vi at H N er en undergruppe av N. (b) Ved Sylows første teorem har S 9 både en Sylow 3- og en Sylow 2-undergruppe. Da S 9 har 9! = 7 5 3 4 2 7 elementer består en Sylow 3-undergruppe av 3 4 = 8 elementer og en Sylow 2-undergruppe består av 2 7 = 28 elementer. (c) Fra del (a) vet vi at H N er en undergruppe av H. Vi skal vise at hnh ligger i H N for alle h i H og n i H N. Siden N er normal i G vet vi at hnh N. Siden både h og n ligger i H og H er en undergruppe av G ligger hnh i H. Til sammen har vi sett at hnh H N for alle h i H og n i H N.

(c) Vi har at 0 n 0 0 = 0 0 0 n 0 Siden er lik sin egen inverse viser dette at H ikke er normal i GL(2, ). 0 Oppgave 2 Du velger fritt bokstaver fra et alfabet med n bokstaver, legger dem i en sirkel og får et «sirkelord». To sirkelord er ekte forskjellige hvis det ene ikke er likt noen av rotasjonene av det andre. Vi lar «lengden» av et sirkelord være antall bokstaver i sirkelen. (a) Bruk Burnsides teorem til å finne hvor mange ekte forskjellige sirkelord av lengde henholdsvis 3 og 2 som finnes. (For n = 2 er svaret 4 og 352.) (b) La p være et primtall. Forklar hvordan Burnsides teorem kan brukes til å se at det finnes p (np + (p )n) ekte forskjellige sirkelord av lengde p. (c) Hva sier Fermats lille sats? Bruk resultatet i (b) til å vise Fermats lille sats. (a) Burnsides formel for virkningen av m på mengden X av sirkelord av lengde m ved rotasjon gir at der er r = X a m a m baner. Antallet av baner er antallet av ekte forskjellige sirkelord. Her er X a mengden av sirkelord med samme bokstav på den i-te og den a + m i-te plass for i = 0,,..., m. Hvis a deler m er et sirkelord i X a entydig bestemt ved de første a bogstavene i ordet, så der er n a slike sirkelord. Generelt har vi at hvis g(x) = x så vil g n (x) = x. Ulike generatorer for samme undergruppe vil derfor gi samme fikspunktmengde. Hvis c er største felles divisor av a og m, da er a og c generatorer for den samme undergruppen av m, så der er n c sirkelord i X a. Skriver vi gcd(a, m) for største felles divisor av a og m er der altså m m n gcd(a,m) a=0 ekte forskjellige sirkelord av lengde m. For m = 3 har vi gcd(0, 3) = 3 og gcd(, 3) = gcd(2, 3) =. Der er altså 3 (n3 + n + n) = 3 (n3 + 2n) ekte forskjellige sirkelord av lengde 3. For m = 2 har vi a 0 2 3 4 5 7 8 9 0 gcd(a, m) 2 2 3 4 4 3 2 så det finnes 2 (n2 + n + 2n 4 + 2n 3 + 2n 2 + 4n) ekte forskjellige sirkelord av lengde 2. 2

(b) For p et primtall og 0 < a < p er gcd(a, p) =, så formelen over gir at det finnes ekte forskjellige sirkelord av lengde p. p (np + (p )n) (c) Fermats lille sats sier at hvis p er et primtall som ikke deler et heltall n, da deler p tallet n p. Fra (b) vet vi at for alle positive heltall n deler p tallet n p + (p )n = n(n p + (p )). Hvis p ikke deler n, da deler p tallet n p + (p ) = (n p ) + p, så p deler også tallet n p. Dette gir Fermats lille sats for positive heltall. For p = 2 gjelder Fermats lille sats for alle odde heltall fordi p = og hvis n er odde, da deler 2 deler n p = n. For p et odde primtall er p jevn, så ( n) p = ( ) p n p = n p. Derfor holder Fermats lille sats også for negative heltall n som ikke er delelige med p. Oppgave 3 Formelen α(x, y) = ( y, x ) beskriver en isometri av planet. (a) Beregn α 2 (0, 0) og gi en geometrisk beskrivelse av α 4. Er α en translasjon, en rotasjon, en refleksjon eller en glide-refleksjon? (b) Finn to rotasjoner av planet slik at sammensetningen av dem blir en translasjon ulik identiteten. Forklar hvorfor dette viser at mengden av rotasjoner av planet under sammensetning ikke er en undergruppe av isometrigruppen. (a) Fra α(x, y) = ( y, x ) fås α(0, 0) = (, ) og α 2 (0, 0) = α(, ) = (2, 0). Generellt har vi α 2 (x, y) = α( y, x ) = (2 x, y) og at α 4 (x, y) = α 2 (2 x, y) = (x, y). Det vil si at α 4 er identitetsisometrien. Siden α 4 = id må α enten være en rotasjon eller en speiling. Fra α 2 (0, 0) = (2, 0) (0, 0) fås at α 2 id så α er ikke en speiling. Vi konkluderer at α er en rotasjon. (b) La β være rotasjonen med 80 grader rundt (0, 0) og la γ være rotasjonen med 80 grader rundt (, 0). I formler er β(x, y) = ( x, y) og γ(x, y) = ( (x ), y) = (2 x, y). Da er βγ(x, y) = (x 2, y), så βγ er en translasjon med to enheter mot venstre langs x-aksen. Dette viser at mengden av rotasjoner av planet ikke er lukket under gruppeoperasjonen, så det er ikke en undergruppe av gruppen av isometrier av planet. Oppgave 4 3

Hege og Kåre skal løse andregradsligninger over endelige kropper. Kåre lurer på om han kan bruke abc-formelen. (a) Kåre løser 3x 2 + 4x + 3 = 0 der koeffisientene ligger i 7. Han får x = 3 ± 2 Dvs at løsningene er x = 3 og x = 5. Hege syns dette er mistenkelig og i hvert fall for kort. Sjekk at svaret er korrekt og fyll inn mellomregningene Kåre gjorde da han brukte abc-formelen. (b) Kåre finner en utledning av abc-formelen i en av lærebøkene sine fra skolen. Der står det: Anta a 0. x + b ax 2 + bx + c = 0 x 2 + b a x + c a = 0 2 b 2 + c a = 0 x + b 2 b 2 = c a x + b 2 = b2 4ac 4a 2 x + b = ± b 2 4ac 4a 2 x = b ± b 2 4ac Kåre mener denne utledningen kan brukes mer generelt. Anta ax 2 + bx + c F[x] hvor F er en kropp med karakteristikk forskjellig fra 2. Forklar for hvert av de stegene i utledningen over hvilke egenskaper ved kroppen som brukes. (c) Hege prøver å løse x 2 + = 0 i 2 og får x = ±. Hun lurer på om dette gir mening. Kan du lese denne formelen på en meningsfull måte? Hvilke løsninger finner du da? Bruk dette til å faktorisere x 2 +. (d) Nå prøver Hege å løse x 2 + = 0 i 3 og får igjen x = ±, men dette gir ingen løsning. Finn en kroppsutvidelse 3 E av minimal grad slik at x 2 + har en rot i E. Hvor mange elementer har E? (a) For x = 3 i 7 har vi x 2 = 2 og 3x 2 + 4x + 3 = + 2 + 3 = 7 = 0. For x = 5 i 7 har vi x = 2 så x 2 = 4 og 3x 2 + 4x + 3 = 2 8 + 3 = 7 = 0. 4

Svaret stemmer altså. Kåre satte a = 3, b = 4, c = 3 og regnet D = b 2 4ac = 3 = 2 i 7. Siden 4 = 3 i 7 gir abc-formelen x = b ± D = 4 ± 2 = 3 ± 2. (b) () Vi deler på a, eller ganger med ved bruk av den distributive loven. Siden F a er en kropp og a 0 er a en enhet, så elementet eksisterer. Siden enhver a kropp er et intigritetsområde har vi at et element i F er 0 hvis og bare hvis a ganget med dette elementet er 0. For at skrivemåten med brøker skal gi mening trenger vi alle egenskapene til et integritetsområde og at nevneren ikke er en null-divisor. For eksempel ligger det innebygget i skrivemåten at multiplikasjon i F er kommutativ og assosiativ. (2) Ved å bruke at 2 er en enhet i F gir den distributive loven og kommutativitet av + at (x + b )2 = x 2 + b a x + ( b )2, så ved eksistens av aditiv invers er x 2 + b a x + c a = (x 2 + b a x + ( b )2 ( b )2 + c a = (x + b )2 ( b )2 + c a. (3) Legg til ( b )2 c på begge sider av likhetstegnet. Her bruker vi at < F, + > a er en abelsk gruppe. (4) For to brøker c d og e f er c d e f = ce. Den distributive loven gir at d f ( b )2 c a = b2 4a 2 4ac 4a 2 = b2 4ac 4a 2. (5) Vi antar her at kvadratroten eksisterer, og at et polynom av grad 2 høyst har 2 Det er ikke alltid kvadratroten finnes. For eksempel finnes ikke i. () Vi legger til b ± på begge sider av likhetstegnet og bruker at sammen med den distributive loven. b 2 4ac = ± b 2 4ac = ± b 2 4ac 4a 2 4a 2 (c) I 2 er 2 = =, så vi kan tolke som tallet. Siden = i 2 finner vi bare løsningen x =. I 2 har vi x 2 + = x 2 + 2x + = (x + ) 2. (d) Polynomet x 2 + er irredusibelt over 3 fordi det ikke har noen rot i 3. Derfor er < x 2 + > et maksimalt ideal i 3 og E = 3 [x]/ < x 2 + > en kroppsutvidelse av 3 av grad 2. Elementet α = x + x 2 + i E er rot i polynomet x 2 + over E. Der er 9 = 3 3 elementer i E. 5

Oppgave 5 Avgjør om utsagnet er sant eller galt. Alle svar skal begrunnes. (a) Gruppene 7 og 2 2 3 5 er ikke isomorfe. (b) En nulldivisor i en kommutativ ring med kan ikke ha en multiplikativ invers. (c) Ligningen 45x 5 (mod 24) har de samme løsningene som ligningen 5x 5 (mod 8). (d) Polynomringen 8 [x] har ingen enheter av positiv grad. (e) Ringen [x]/ 2x 3 + 9x 2 + 98x + 4 er en kropp. (f) Anta < E er en kroppsutvidelse av grad 7. Anta α er et element i E som ikke ligger i. Da må (α) = E. (g) En gruppe generert av to elementer er abelsk hvis Cayleygrafen ser slik ut: (a) Galt. Den abelske gruppen har elementer. Strukturteoremet for endelig 7 genererte abelske grupper forteller oss at der er en isomorfi 7 = 2 3. På samme måte ser vi at der er en isomorfi = 2 5. Til sammen fås isomorfier 7 = 2 3 2 5 = 2 2 3 5. (b) Sant. La a være en nulldiviser i en kommutativ ring. Da finnes b 0 i ringen slik at ab = 0. Anta motsetningsvis at c er en multiplikativ invers til a slik at ca =. Da får vi at 0 = c 0 = c(ab) = (ca)b = b = b, som er i motstrid med at b 0. (c) Oppgaven kan tolkes på to måter med to forskjellige svar. Galt: Både x = 3 og x = i 24 har 45x 5 (mod 24), men 3 og er like i 8. Sant: Siden er et integritetsområde gjelder for et heltall x at 24 = 3 8 deler tallet 45x 5 = 3(5x 5) hvis og bare hvis 8 deler tallet 5x 5. Det vil si at for x er 45x 5 (mod 24) hvis og bare hvis 5x 5 (mod 8). (d) Galt. I 8 [x] er + 4x en enhet fordi ( + 4x) 2 = + 8x + x 2 =. (e) Sant. Eisenstein med p = 7 gir at 2x 3 + 9x 2 + 98x + 4 er irredusibel over, og derfor er < 2x 3 + 9x 2 + 98x + 4 > et maksimalt ideal, og kvotientringen er en kropp.

(f) Sant. Siden (α) og [(α) : ] [E : (α)] = [E : ] = 7 må vi ha [(α) : ] = 7 og [E : (α)] =, så (α) = E. (g) Galt. De to generatorer kommuterer ikke. Hvis strekene med pilspiss er multiplikasjon med generatoren a og strekene uten pil er multiplikasjon med generatoren b, da er z = xab og y = x ba i figuren under. Siden y og z er forskjellige er gruppen ikke abelsk. z x y Morten Brun og Runar Ile 7