Zbytky a nezbytky Vazební věznice Orličky Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky / 22

Podobné dokumenty
Trocha teorie Ošklivé lemátko První generace Druhá generace Třetí generace Čtvrtá generace O OŠKLIVÉM LEMÁTKU PAVEL JAHODA

Obsah. Euler-Fermatova věta. Reziduální aritmetika. 3. a 4. přednáška z kryptografie

Hlubší věty o počítání modulo

Hlubší věty o počítání modulo

Historie matematiky a informatiky Cvičení 2

Y36BEZ Bezpečnost přenosu a zpracování dat. Úvod. Róbert Lórencz. lorencz@fel.cvut.cz

MPI - 7. přednáška. Hledání inverzí v Z n. Rychlé mocnění modulo n. Lineární rovnice v Z + n. Soustavy lineárních rovnic v Z + n.

Kongruence na množině celých čísel

21ˆx 0 mod 112, 21x p 35 mod 112. x p mod 16. x 3 mod 17. α 1 mod 13 α 0 mod 17. β 0 mod 13 β 1 mod 17.

Západočeská univerzita v Plzni FAKULTA PEDAGOGICKÁ KATEDRA MATEMATIKY, FYZIKY A TECHNICKÉ VÝCHOVY

1 Polynomiální interpolace

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

Modulární aritmetika, Malá Fermatova věta.

Algebra 2 Teorie čísel. Michal Bulant

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

Čínská věta o zbytcích RSA

RSA. Matematické algoritmy (11MA) Miroslav Vlček, Jan Přikryl. Ústav aplikované matematiky ČVUT v Praze, Fakulta dopravní. čtvrtek 21.

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Věta o dělení polynomů se zbytkem

RSA. Matematické algoritmy (11MAG) Jan Přikryl. Ústav aplikované matematiky ČVUT v Praze, Fakulta dopravní. verze: :01

Diskrétní matematika 1. týden

Základy elementární teorie čísel

Důkazové metody v teorii čísel

grupa těleso podgrupa konečné těleso polynomy komutativní generovaná prvkem, cyklická, řád prvku charakteristika tělesa

Základy elementární teorie čísel

Historie matematiky a informatiky 2 7. přednáška

Kritéria dělitelnosti Divisibility Criterions

4 Počítání modulo polynom

Jak funguje asymetrické šifrování?

Historie matematiky a informatiky Cvičení 1

Matematické algoritmy (11MAG) Jan Přikryl

Definiční obor funkce

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

Modulární aritmetika, Malá Fermatova věta.

Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Nechť M je množina. Zobrazení z M M do M se nazývá (binární) operace

Charakteristika tělesa

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

online prostředí, Operační program Praha Adaptabilita, registrační číslo CZ.2.17/3.1.00/31165.

Logaritmické a exponenciální funkce

Polynomy. Mgr. Veronika Švandová a Mgr. Zdeněk Kříž, Ph. D. 1.1 Teorie Zavedení polynomů Operace s polynomy...

MFF UK Praha, 22. duben 2008

Matematika Kvadratická rovnice. Kvadratická rovnice je matematický zápis, který můžeme (za pomoci ekvivalentních úprav) upravit na tvar

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Prvočísla, dělitelnost

Digitální učební materiál

Úvod do kryptologie. 6. března L. Balková (FJFI ČVUT v Praze) Primality Testing and Factorization 6. března / 41

Kongruence. 5. kapitola. Soustavy kongruencí o jedné neznámé s několika moduly

4. OBYČEJNÉ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

4. Trojúhelníkový rozklad p. 1/20

)(x 2 + 3x + 4),

Dosud jsme se zabývali pouze soustavami lineárních rovnic s reálnými koeficienty.

Algebra 2 Teorie čísel. Michal Bulant

Řetězové zlomky. již čtenář obeznámen. Důraz bude kladen na implementační stránku, protože ta je ve

a a

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Svobodná chebská škola, základní škola a gymnázium s.r.o. Dušan Astaloš. samostatná práce, případně skupinová práce. čísla soudělná a nesoudělná

VZOROVÝ TEST PRO 1. ROČNÍK (1. A, 3. C)

Matematické algoritmy (11MAG) Jan Přikryl. verze: :29

Pomocný text. Polynomy

Návody k domácí části I. kola kategorie A

Obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODR) budeme nazývat rovnice, ve kterých

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

Operace s maticemi

MATEMATIKA. Diofantovské rovnice 2. stupně

Kongruence. 4. kapitola. Kongruence o jedné neznámé. Lineární kongruence

Úvodní slovo autora. Karel Lepka

x 2 = a 2 + tv 2 tedy (a 1, a 2 ) T + [(v 1, v 2 )] T A + V Příklad. U = R n neprázdná množina řešení soustavy Ax = b.

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

Okruh Lineární rovnice v Z m Těleso Gaussova eliminace (GEM) Okruh Z m. Jiří Velebil: X01DML 19. listopadu 2007: Okruh Z m 1/20

Počet kreditů: 5 Forma studia: kombinovaná. Anotace: Předmět seznamuje se základy dělitelnosti, vybranými partiemi algebry, šifrování a kódování.

Kapitola 7: Integrál. 1/17

Operace s maticemi. 19. února 2018

Obecná úloha lineárního programování

ROVNICE, NEROVNICE A JEJICH SOUSTAVY

Úvod. Karel Klouda c KTI, FIT, ČVUT v Praze 18. dubna, letní semestr 2010/2011

Definice (Racionální mocnina). Buď,. Nechť, kde a a čísla jsou nesoudělná. Pak: 1. je-li a sudé, (nebo) 2. je-li liché, klademe

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Matematika pro informatiku 10

Funkce pro učební obory

Lingebraické kapitolky - Analytická geometrie

1. Několik základních pojmů ze středoškolské matematiky. Na začátku si připomeneme následující pojmy:

Rovnice v oboru komplexních čísel

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

Generující kořeny cyklických kódů. Generující kořeny. Alena Gollová, TIK Generující kořeny 1/30

Matematika I (KMI/5MAT1)

Návody k domácí části I. kola kategorie C

Poznámka: Násobení je možné vyložit jako zkrácený zápis pro součet více sčítanců. Například:

Soustavy lineárních rovnic

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Symetrické a kvadratické formy

Kongruence. 7. kapitola. Kongruence vyšších stupňů o jedné neznámé. Kvadratické kongruence o jedné neznámé s prvočíselným modulem

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Matematika I, část I Vzájemná poloha lineárních útvarů v E 3

3. Matice a determinanty

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Matice. študenti MFF 15. augusta 2008

Transkript:

Zbytky a nezbytky aneb stručný úvod do kongruencí Zbyněk Konečný Vazební věznice Orličky 2009 23. 27.2.2009 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 1 / 22

O čem to dnes bude? 1 Úvod 2 Lineární diofantické rovnice 3 Čínská zbytková věta 4 Eulerova a Fermatova věta 5 Kvadratické zbytky Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 2 / 22

Dělitelnost Úvod všechna čísla zmiňovaná v této předášce jsou celá a děĺı b pokud existuje k takové, že ak = b zapisujeme a b platí (a b a c) a b ± c a 2 bc a gcd(b, c) pokud a b, existuje právě jedno c {0,..., a 1} takové, že a b c toto c nazveme zbytkem po dělení čísla b číslem a Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 3 / 22

Kongruence Úvod lat. congruens = shodný, souhlasný v případě celých čísel je kongruencí mít stejný zbytek po dělení Definice Čísla a, b jsou kongruentní modulo m pokud m a b. Zapisujeme a b (mod m) množinu vzájemně kongruentních čísel nazveme zbytkovou třídou obecně pro množinu s operací je kongruence shodnost v nějakém rysu, která je zachována operací Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 4 / 22

Vlastnosti kongruencí Úvod necht a b (mod m), c d (mod m) a + c b + d (mod m) a c b d (mod m) a n b n (mod m) pokud t a, t b a gcd(t, m) = 1, pak a/t b/t (mod m) pokud t a, t b a t m, pak a/t b/t (mod m/t) ca cb (mod ct) Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 5 / 22

Inverze Úvod Definice Inverzí čísla a modulo m nazveme b takové, že ab 1 (mod m) pro korektnost by bylo lepší definovat přes zbytkové třídy k existenci je nutné a dostatečné, aby gcd(a, m) = 1 pokud existuje, tak jednoznačně (z hlediska zb. tříd) hledat inverzi = hledat b, c pro které ab mc = 1 rozšířený Euklidův algoritmus Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 6 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Snadno zjistíme, že je kongruentní s -1 mod 9 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Snadno zjistíme, že je kongruentní s -1 mod 9 Mod 36 musí být -10,-1,8,17 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Snadno zjistíme, že je kongruentní s -1 mod 9 Mod 36 musí být -10,-1,8,17 Musí být inverzí mod 4 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Snadno zjistíme, že je kongruentní s -1 mod 9 Mod 36 musí být -10,-1,8,17 Musí být inverzí mod 4 Snadno zjistíme, že je kongruentní s 1 mod 4 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Příklad [2b] Úvod Najděte inverzi k číslu 17 mod 36. Musí být inverzí mod 9 Snadno zjistíme, že je kongruentní s -1 mod 9 Mod 36 musí být -10,-1,8,17 Musí být inverzí mod 4 Snadno zjistíme, že je kongruentní s 1 mod 4 Vyhoví pouze 17 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 7 / 22

Lineární diofantické rovnice Lineární diofantické rovnice řešení hledáme v Z pro dvě neznámé ax + by = c k existenci řešení nutna a postačující podmínka gcd(a, b) c řešením vzhledem k a je zbytková třída mod b/gcd(a, b) a naopak stačí uhodnout jedno řešení rychlejší přístup přes kongruence Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 8 / 22

Lineární diofantické rovnice Lineární diofantické rovnice II poděĺıme gcd(a, b) dostaneme px + qy = u, gcd(p, q) = 1 jako kongruence (mod p) qy u (mod p) vynásobíme inverzí q: y q 1 u (mod p) zpět od kongruencí: y = kp + q 1 u x dopočteme Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 9 / 22

Lineární diofantické rovnice Lineární diofantické rovnice III pro tři proměnné ax + by + cz = d položíme g = gcd(a, b), t = (ax + by)/g vyřešíme gt + cz = d dostaneme t = r + kc/gcd(g, c) vyřešíme (ax + by)/g = t dosadíme zpět Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 10 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Substituce a = 2y + 5z Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Substituce a = 2y + 5z 3x + 2a = 21 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Substituce a = 2y + 5z 3x + 2a = 21 a = 3t, x = 7 2t Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Substituce a = 2y + 5z 3x + 2a = 21 a = 3t, x = 7 2t 3t = 2y + 5z Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

Příklad [2b] Lineární diofantické rovnice Řešte v Z rovnici 6x + 8y + 20z = 42 Po zkrácení 3x + 4y + 10z = 21 Substituce a = 2y + 5z 3x + 2a = 21 a = 3t, x = 7 2t 3t = 2y + 5z z = 2k + t, y = 5k t Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 11 / 22

C ı nska zbytkova ve ta C ı nska zbytkova ve ta Metoda poc ı ta nı c ı nsky ch voja ku, anglicky CRT Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 12 / 22

Čínská zbytková věta Čínská zbytková věta II Věta m soustavy tvaru x a i (mod m i ) je jedna zbytková třída mod lcm(m 1,..., m k ) algoritmus nalezení řešení: slučování kongruencí po dvou x a 1 (mod m 1 ) x a 2 (mod m 2 ) zm 2 ym 1 = a 1 a 2 x = a 1 + ym 1 převedeno na lineární rovnici Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 13 / 22

Příklad [2b] Čínská zbytková věta Najděte všechna x dávající zbytek 3 mod 5 a zbytek 5 mod 7, Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 14 / 22

Příklad [2b] Čínská zbytková věta Najděte všechna x dávající zbytek 3 mod 5 a zbytek 5 mod 7, Mod 5 i 7 dává zbytek -2 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 14 / 22

Příklad [2b] Čínská zbytková věta Najděte všechna x dávající zbytek 3 mod 5 a zbytek 5 mod 7, Mod 5 i 7 dává zbytek -2 čísla -2+35k vyhoví Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 14 / 22

Příklad [2b] Čínská zbytková věta Najděte všechna x dávající zbytek 3 mod 5 a zbytek 5 mod 7, Mod 5 i 7 dává zbytek -2 čísla -2+35k vyhoví dle CRT jiná ne Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 14 / 22

Eulerova a Fermatova věta Malá Fermatova věta kongruence se při umocňování chovají pěkně vzhledem k základu zvětšení exponentu o modul kongruenci nezachová najděte příklad kdy ano a příklad kdy ne, je-li modul i základ v absolutní hodnotě větší než 2 pro dané m hledáme číslo k, pro které a k+t a t (mod m) Věta (Fermat) Pro prvočíslo p a celé a nesoudělné s p platí. a p 1 1 (mod p) Často se tato věta formuluje také tak, že pro libovolné a platí a p a (mod p). Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 15 / 22

Eulerova věta Eulerova a Fermatova věta Definice Eulerovu funkci pro číslo c jehož definujeme jako počet přirozených čísel menčích než c nesoudělných s c, značíme ϕ(c) nebo φ(c). Pokud je rozklad na prvočinitele čísla c roven p e 1 1 pe k k, je ϕ(c) = (p 1 1)p e 1 1 1 (p k 1)p e k k Věta (Euler) Pro číslo m a celé a nesoudělné s m platí a ϕ(m) 1 (mod m) Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 16 / 22

Eulerova a Fermatova věta Příklady (každý za bod) 1 Najděte všechna x pro která ϕ(x) = 16. 2 Určete poslední dvě cifry čísla 42 42. 3 Určete poslední tři cifry čísla 7 777. Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 17 / 22

Kvadratické zbytky Kvadratické zbytky po dělení číslem p mohou druhé mocniny dávat jen některé zbytky vždy a 2 (p a) 2 (mod p), kvadratických zbytků je proto nejvýše (p + 1)/2 je-li p prvočíslo, je jich právě (p + 1)/2 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 18 / 22

Kvadratické zbytky Často používané kvadratické zbytky Modul Zbytek 3 0,1 4 0,1 5 0,1,-1 6 0,1,3,4 7 0,1,2,4 8 0,1,4 9 0,1,7,4 10 0,1,4,5,6,9 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 19 / 22

Příklad Kvadratické zbytky Řešte v Z rovnici x 2 + y 2 = 2011. nemá řešení mod 4 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 20 / 22

Příklad Kvadratické zbytky Řešte v Z rovnici x 2 + y 2 = 2011. nemá řešení mod 4 má řešení podle všech ostatních modulů Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 20 / 22

Kvadratické zbytky Legendrovy symboly Definice ( ) Legendrův symbol p q definujeme pro prvočíslo q jako ( ) 0 pro a 0 (mod p) a p = +1 pro a 0 (mod p) a existuje, x Z : x 2 a (mod p) 1 jinak. (ap) a (p 1)/2 (mod p) (ap) (bp) = (abp) ( 1p) = ( 1) (p 1)/2, což je 1 pro p 1 (mod 4) (2p) = ( 1) (p2 1)/8, což je 1 pro p 1, 1 (mod 8) Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 21 / 22

Kvadratické zbytky Kvadratická reciprocita Věta Pro prvočísla p, q > 2 platí ( p q ) ( ) q p = 1 (p 1)(q 1)/4 Kondr (Brkos 2010) Zbytky a nezbytky 23. 27.2.2009 22 / 22