Oversikt over det kinesiske restteoremet

Like dokumenter
Oversikt over lineære kongruenser og lineære diofantiske ligninger

Oversikt over kryptografi

Oversikt over kvadratiske kongruenser og Legendresymboler

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Løsninger til Eksamen

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Oversikt over pensumet

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

Løsningsforslag Øving 5 TMA4140 Diskret matematikk Høsten 2010

Forelesning 14 torsdag den 2. oktober

MA1301 Tallteori Høsten 2014 Oversikt over pensumet for midtsemesterprøven

Forelesning 24 mandag den 10. november

Forelesning 19 torsdag den 23. oktober

MA1301 Tallteori Høsten 2014

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I TMA4140 LØSNINGSFORSLAG

Forelesning 20 mandag den 27. oktober

TMA4140 Diskret Matematikk Høst 2018

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

Forelesning 9 mandag den 15. september

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

Forelesning 21 torsdag den 30. oktober

Forelesning 10 torsdag den 18. september

Største felles divisor. (eng: greatest common divisors)

Diskret matematikk tirsdag 13. oktober 2015

Forelesning 2 torsdag den 21. august

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

Løysingsforslag til eksamen i MA1301-Talteori, 30/

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.

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

Heltallsdivisjon og rest div og mod

Forelesning 11 mandag den 22. september

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

Heltallsdivisjon og rest div og mod

Forelesning 6 torsdag den 4. september

LF, KONTINUASJONSEKSAMEN TMA

Relativt primiske tall

Eksempler på praktisk bruk av modulo-regning.

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

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

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

1 Primtall og divisorer

Matematisk induksjon

Løsningsforslag til eksamenen i MAT103, våren 2015

Forelesning 4 torsdag den 28. august

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

Forelesning 5 mandag den 1. september

Diofantiske likninger Peer Andersen

6 Determinanter TMA4110 høsten 2018

NIO 1. runde eksempeloppgaver

Øvingsforelesning 7. Resten av kombinatorikk, litt modulusregning, rekurrenser og induksjon og MP13 eller MP18. TMA4140 Diskret Matematikk

MIDTSEMESTERPRØVE I FAG TMA4140 DISKRET MATEMATIKK Mandag 20. oktober 2003 Tid : INSTRUKSJONER:

Forelesning 7 mandag den 8. september

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

Prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

Løsningsforslag til eksamenen i MAT103, våren 2016

Løsningsforslag øving 6

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

Søking i strenger. Prefiks-søking Naiv algoritme Knuth-Morris-Pratt-algoritmen Suffiks-søking Boyer-Moore-algoritmen Hash-basert Karp-Rabin-algoritmen

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.

Turingmaskiner.

FASIT/LF FOR EKSAMEN TMA4140, H07

Løsningsforslag til prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

Forelesning 1 mandag den 18. august

Kommentarer til Eksamen IM005 - V02

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

Il UNIVERSITETET I AGDER

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

Kompleksitet. IN algoritmer og datastrukturer Plenumstime / repetisjon

Matematisk julekalender for trinn, 2009

LØSNINGSFORSLAG SIF5015 DISKRET MATEMATIKK Onsdag 18. desember 2002

Forelesning 17 torsdag den 16. oktober

UNIVERSITETET I OSLO

Faglig kontakt under eksamen: Haaken A. Moe Bokmål MIDTSEMESTERPRØVE I TMA Oktober 2007 Tid:

Matematikk for IT, høsten 2016

HJEMMEOPPGAVER (utgave av ):

Norsk informatikkolympiade runde

Høyder på elliptiske kurver og faktorisering. Kristian Gjøsteen, NTNU Oppdatert 1. november 2002

Lineære likningssystemer og matriser

LØSNINGSFORSLAG KONT 07, TMA4140

To geometriske algoritmer, kap. 8.6

Niels Henrik Abels matematikkonkurranse Løsninger

UNIVERSITETET I OSLO

LP. Leksjon 8: Kapittel 13: Nettverk strøm problemer, forts.1

Repetisjon: høydepunkter fra første del av MA1301-tallteori.

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Matematikk for IT. Prøve 1 Løsningsforslag. Fredag 23. september september Oppgave 1

Norsk informatikkolympiade runde. Sponset av. Uke 46, 2017

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

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

MAT1030 Diskret matematikk

MYNTVEKSLING Cirkeln, KTH 31 Jan. 02

MAT1030 Diskret matematikk

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)

MAT 1140 Innføring i klassisk tallteori

Obligatorisk oppgave 2 i MAT1140, Høst Løsninger og kommentarer

Norsk informatikkolympiade runde

Konvertering mellom tallsystemer

Algoritmer og datastrukturer Kapittel 2 - Delkapittel 2.1

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Introduksjon i tallteotri med anvendelser

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Oversikt over det kinesiske restteoremet Richard Williamson 3. desember 2014 Oppgave 1 Finn et heltall x slik at: (1) x 2 (mod 6); (2) x 3 (mod 11). Hvordan vet jeg at vi bør benytte det kinesiske restteoremet? Hvis x må oppfyller to eller flere kongruenser, er det alltid det kinesiske restteoremet som bør benyttes om det er mulig. Er det alltid mulig å benytte det kinesiske restteoremet? Nei: de to heltallene vi jobber modulo, 6 11 i dette tilfellet, må være relativt primitiske for å benytte det kinesiske restteoremet. Det vil si: den største felles divisoren til disse to heltallene må være 1. Hvis dette kravet er, som i dette tilfellet, oppfylt: ja! Det kinesiske restteoremet kan da alltid benyttes. Når vi løser Oppgave 1, bør vi altså begynne med å observere at sfd(6, 11) = 1. Løs først følgende kongruenser hver for seg: (A) 11x 1 (mod 6); (B) 6x 1 (mod 11). Hvordan gjør jeg det? Disse er lineære kongruenser. Vi har flere måter å løse lineære kongruenser: se oversikten om dette. Husk at vi alltid kan benytte Euklids algoritme om vi ikke ser fort en annen måte å gjøre det. 1

Løs (A) Siden 6 er lite, kan vi i dette eksemplet gå gjennom de naturlige tallene 1, 2,..., 6 til vi kommer fram til en løsning Vi får: x = 5 er en løsning til kongruensen 11x 1 (mod 6). Det vil si: 11 5 1 (mod 6). Løs (B) På lignende vis ser vi fort at x = 2 er en løsning til kongruensen 6x 1 (mod 11). Det vil si: 6 2 1 (mod 11). Hvordan kan jeg huske Steg 1? Bygg opp kongruensene som følger. (1) Begynn med som i de opprinnelige kongruensene. (mod 6) (mod 11), (2) Sett 1 til høyre i begge: 1 (mod 6) 1 (mod 11). (3) Bytt om 6 11, sett dem som koeffisienter: 11x 1 (mod 6) 6x 1 (mod 11). Så langt Vi har: 11 5 1 (mod 6) 6 2 1 (mod 11). 2

Sammenlign med målet I den opprinnelige oppgaven, er vi ikke interessert i noe som er kongruent til 1 modulo 6. Vi er interesert i noe som er kongruent til 2 modulo 6. På lignende vis er vi ikke interessert i noe som er kongruent til 1 modulo 11. Vi er interesert i noe som er kongruent til 3 modulo 11. Derfor Gang begge sidene av kongruensen med 2. Vi får: Gang begge sidene av kongruensen 11 5 1 (mod 6) 11 5 2 2 (mod 6). 6 2 1 (mod 11) med 3. Vi får: 6 2 3 3 (mod 11). La x være summen av de venstre sidene, altså x = 11 5 2 + 6 2 3 = 146. Dette heltallet er en løsning til oppgaven, altså x 2 (mod 6) x 3 (mod 11). Leddet 6 2 3 av x forsvinner modulo 6, fordi 6 6 2 3, altså 6 2 3 0 (mod 6). Derfor er Vi vet at Dermed er x 11 5 2 (mod 6). 11 5 2 2 (mod 6). x 2 (mod 6). 3

Leddet 11 5 2 av x forsvinner modulo 11, fordi 11 11 5 2, altså 11 5 2 0 (mod 11). Derfor er Vi vet at Dermed er x 6 2 3 (mod 11). 6 2 3 3 (mod 11). x 3 (mod 11). Husk! Sjekk om svaret ditt er riktig! Det vil si: sjekk om heltallet du kommer fram til oppfyller de to kongruesene i oppgaven. Oppgave 2 Finn alle heltallene x slik at: (1) x 2 (mod 6); (2) x 3 (mod 11). Finn først ett heltall x som oppfyller disse to kongruensene, som i Oppgave 1. Vi får: x = 146. Gang de to heltallene vi jobber modulo: 6 11 = 66. Alle løsningene: x = 146 + 66t, hvor t er et hvilket som helst heltall. For eksempel Vi finner følgende løsninger ved å velge verdier av t. 4

t x 3 52 2 14 1 80 0 146 1 212 2 278 3 344 Siden 6 66, er Siden 11 66, er i tillegg Derfor er både vi vet fra Oppgave 1 at Dermed ser vi at 66 0 (mod 6). 66 0 (mod 11). 146 + 66t 146 (mod 6) 146 + 66t 146 (mod 11), 146 2 (mod 6) 146 3 (mod 11). x = 146 + 66t er en løsning til begge vår opprinnelige kongruensene for alle heltallene t. Dessuten er disse verdiene for x de eneste heltallene som oppfyller begge kongruensene. Dette er ikke så vanskelig å vise, men vi skal ikke gå gjennom det i denne oversikten. Oppgave 3 Finn et heltall x slik at: (1) 0 x < 66; (2) x 2 (mod 6); (3) x 3 (mod 11). 5

Finn først et hvilket som helst heltall x som oppfyller disse to kongruensene, som i Oppgave 1. Vi får: x = 146. Finn en verdi av t slik at 0 146 + 66t < 66. La x være 146 + 66t for denne verdien av t. La x være 146 + 66 ( 2) = 14. Vi vet fra Oppgave 2 at alle heltallene x slik at (2) (3) er sanne er: x = 146 + 66t, hvor t er et heltall. Det finnes alltid akkurat ett av disse slik at 0 x < 66. Oppgave 4 Finn et heltall/alle heltallene x slik at: (1) vi får 2 som rest når vi deler x med 6; (2) vi får 3 som rest når vi deler x med 11. Oversett til modulær aritmetikk. Da blir oppgaven den samme som Oppgave 1/Oppgave 2. At 0 x < 66 kan så kreves. Når vi oversetter til modulær aritmetikk, blir oppgaven da den samme som Oppgave 3. Oppgave 5 Finn et heltall x slik at: (1) x 2 (mod 6); (2) x 3 (mod 11). (3) x 4 (mod 13). 6

Finn først et heltall x som oppfyller de første to kongruensene, som i Oppgave 1. Vi får: x = 146. Benytt dette heltallet for å sette opp en ny kongruens: x 146 (mod 6 11), altså Finn nå et heltall x slik at: x 146 (mod 66). (1) x 146 (mod 66); (2) x 4 (mod 13). Det vil si: vi finner et heltall x som oppfyller den nye kongruensen vi har satt opp den tredje av våre opprinnelige kongruenser. Hvordan gjøre jeg det? Akkurat som i Oppgave 1. Husk å sjekke om sfd(66, 13) = 1. Dermed Vi løser kongruensene 13x 1 (mod 66) 66x 1 (mod 13) hver for seg. Når heltallene begynner vi blir store, blir det vanskelig å komme fort fram til en løsning ved å gjette eksperimentere løsning, så vi kommer oftest til å trenge Euklids algoritme. Hvis vi følger metoden, kommer vi fram til at x = 13 61 146 + 66 1 4, altså oppfyller begge kongruensene. x = 116042, 7

Ikke bekmyr deg om du får et veldig stort heltall Som vi ser her, blir oftest x veldig stort. Husk å sjekke om heltallet du får oppfyller alle de tre kongruensene i oppgaven. Vi vet fra Oppgave 2 at et heltall x oppfyller både (1) (2) om bare om det finnes et heltall t slik at x = 146 + 66t. Dette er det samme som å si: x 146 (mod 66). For å finne et heltall som oppfyller både (1), (2), (3), er det derfor nok å finne et heltall som oppfyller både denne nye kongruensen (3). Oppgave 6 Finn alle heltallene x slik at: (1) x 2 (mod 6); (2) x 3 (mod 11). (3) x 4 (mod 13). Finn først ett heltall x som oppfyller de tre kongruensene, som i Oppgave 5. Vi får: x = 116042. Gang de tre heltallene vi jobber modulo: 6 11 13 = 858. Alle løsningene: x = 116042 + 858t, hvor t er et hvilket som helst heltall. Vi vet fra Oppgave 2 at et heltall x oppfyller både (1) (2) om bare om det finnes et heltall t slik at x = 146 + 66t. Dette er det samme som å si: x 146 (mod 66). For å finne alle heltallene som oppfyller både (1), (2), (3), er det derfor nok å finne alle heltallene som oppfyller både denne nye kongruensen (3). 8

Oppgave 7 Finn et heltall x slik at: (1) 0 x < 858; (2) x 2 (mod 6); (3) x 3 (mod 11); (4) x 4 (mod 13). Finn først et hvilket som helst heltall x som oppfyller disse tre kongruensene, som i Oppgave 5. Vi får: x = 116042. Finn en verdi av t slik at 0 116042 + 858t < 858. La x være 116042 + 858t for denne verdien av t. La x være 116042 + 858 ( 135) = 212. Vi vet fra Oppgave 6 at alle heltallene x slik at (2) (4) er sanne er: x = 116042 + 858t, hvor t er et heltall. Det finnes alltid akkurat ett av disse slik at 0 x < 858. Oppgave 8 Finn et heltall/alle heltallene x slik at: (1) vi får 2 som rest når vi deler x med 6; (2) vi får 3 som rest når vi deler x med 11; (3) vi får 4 som rest når vi deler x med 13. Oversett til modulær aritmetikk. Da blir oppgaven den samme som Oppgave 5/Oppgave 6. At 0 x < 858 kan så kreves. Når vi oversetter til modulær aritmetikk, blir oppgaven da den samme som Oppgave 7. 9

Oppgave 9 Finn et heltall slik at: (1) x 2 (mod 6); (2) x 3 (mod 11); (3) x 4 (mod 13); (4) x 5 (mod 17). Finn først et heltall som oppyfyller (1) (3), som i Oppgave 5. Vi får: x = 116042. Benytt dette heltallet for å sette opp en ny kongruens: x 116042 (mod 6 11 13), altså Finn nå et heltall x slik at: x 116042 (mod 858). (1) x 1116042 (mod 858); (2) x 5 (mod 17). Det vil si: vi finner et heltall x som oppfyller den nye kongruensen vi har satt opp den fjerde av våre opprinnelige kongruenser. Videre Forhåpentligvis er det klart hvordan fullføre oppgaven, å løse ligner oppgaver som ber om å finne alle heltallene som oppfyller fire kongruenser, osv. I tillegg er det forhåpentligvis klart hvordan metoden kan tilpasses for å finne et heltall/alle heltallene som oppfyller fem eller flere kongruenser. Poenget Det er nok å kunne løse et par kongruenser for å løse et hvilket som helst antall kongruenser. Etter at vi har løst et par kongruenser, setter vi opp en ny kongruens for å oppsummere det vi har kommet fram til. 10

Hvor finner jeg teorien for det kinesiske restteoremet i forelesningsnotatene? Proposisjon 5.7.2 eksemplene som følger den. 11