Základy elementární teorie čísel

Podobné dokumenty
Základy elementární teorie čísel

Jak funguje asymetrické šifrování?

Principy indukce a rekurentní rovnice

Principy indukce a rekursivní algoritmy

Věta o dělení polynomů se zbytkem

)(x 2 + 3x + 4),

Diskrétní matematika 1. týden

Hlubší věty o počítání modulo

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

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

4 Počítání modulo polynom

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

Hlubší věty o počítání modulo

Zpracoval: 7. Matematická indukce a rekurse. Řešení rekurentních (diferenčních) rovnic s konstantními koeficienty.

Prvočísla, dělitelnost

Matematické algoritmy (11MAG) Jan Přikryl

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

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.

α β ) právě tehdy, když pro jednotlivé hodnoty platí β1 αn βn. Danou relaci nazýváme relace

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

Rezoluce ve výrokové logice

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

Pomocný text. Polynomy

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

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

[1] Definice 1: Polynom je komplexní funkce p : C C, pro kterou. pro všechna x C. Čísla a 0, a 1,..., a n nazýváme koeficienty polynomu.

Lenka Zalabová. Ústav matematiky a biomatematiky, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita. zima 2012

Lineární algebra : Polynomy

Výroková logika syntaxe a sémantika

Lineární algebra : Báze a dimenze

Historie matematiky a informatiky Cvičení 1

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

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

PŘEDNÁŠKA 5 Konjuktivně disjunktivní termy, konečné distributivní svazy

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

8 Přednáška z

Protokol RSA. Tvorba klíčů a provoz protokolu Bezpečnost a korektnost protokolu Jednoduché útoky na provoz RSA Další kryptosystémy

Základy matematické analýzy

Číselné množiny Vypracovala: Mgr. Iva Hálková

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

Báze a dimense. Odpřednesenou látku naleznete v kapitolách a 3.6 skript Abstraktní a konkrétní lineární algebra.

Algebra 2 Teorie čísel. Michal Bulant

Lineární algebra : Polynomy

ŠIFROVACÍ METODA ZALOŽENÁ NA FRAKTÁLNÍ KOMPRESI. 1. Úvod. V posledních letech se ukázalo, že teorii fraktálů lze využít v mnoha teoretických

Prvočísla a čísla složená

Historie matematiky a informatiky 2 7. přednáška

Algebra 2 Teorie čísel. Michal Bulant

Kapitola Základní množinové pojmy Princip rovnosti. Dvě množiny S a T jsou si rovny (píšeme S = T ) prvek T je také prvkem S.

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Návody k domácí části I. kola kategorie C

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

Charakteristika tělesa

Základy teorie množin

Základy teorie grupoidů a grup

Matematika pro informatiku 2

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Stromové rozklady. Definice 1. Stromový rozklad grafu G je dvojice (T, β) taková, že T je strom,

Rezoluce v predikátové logice

TOPOLOGIE A TEORIE KATEGORIÍ (2017/2018) 3. PREDNÁŠKA - KOMPAKTNÍ PROSTORY.

Moravské gymnázium Brno s.r.o.

Operace s maticemi

Těleso racionálních funkcí

1.1 Definice a základní pojmy

Báze a dimenze vektorových prostorů

Kritéria dělitelnosti Divisibility Criterions

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

Naivní teorie množin. Naivní pojem množiny Funkce jako nálepkovací schéma Konečnost, nekonečnost Spočetnost, nespočetnost

opravdu považovat za lepší aproximaci. Snížení odchylky o necelá dvě procenta

Programování I. Martin Pergel,

MFF UK Praha, 22. duben 2008

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

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

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

Množiny, relace, zobrazení

Lineární algebra : Lineární prostor

Jihomoravske centrum mezina rodnı mobility. T-exkurze. Teorie c ı sel, aneb elektronicky podpis a s ifrova nı

[1] x (y z) = (x y) z... (asociativní zákon), x y = y x... (komutativní zákon).

Diskrétní matematika

FIT ČVUT MI-LOM Lineární optimalizace a metody. Dualita. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Množinu všech slov nad abecedou Σ značíme Σ * Množinu všech neprázdných slov Σ + Jazyk nad abecedou Σ je libovolná množina slov nad Σ

Úlohy k procvičování textu o univerzální algebře

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Operace s maticemi. 19. února 2018

P 1 = P 1 1 = P 1, P 1 2 =

Teorie množin Pavel Podbrdský

Matematika pro informatiky I

H {{u, v} : u,v U u v }

Matematická analýza 1

Výroková a predikátová logika - II

Odpřednesenou látku naleznete v kapitolách skript Abstraktní a konkrétní lineární algebra.

MPI - 5. přednáška. 1.1 Eliptické křivky

Matematická logika. Rostislav Horčík. horcik

Úvod do teorie dělitelnosti

Predik atov a logika - pˇredn aˇska () Predik atov a logika - pˇredn aˇska / 16

Úlohy II. kola kategorie A

Historie matematiky a informatiky Cvičení 2

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Transkript:

Základy elementární teorie čísel Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 1/14

Definice Řekneme, že přirozené číslo a dělí přirozené číslo b (značíme a b), pokud existuje přirozené číslo n takové, že b = n a. Řekneme, že celé číslo a dělí celé číslo b, (též značíme a b), pokud existuje celé číslo n takové, že b = n a. Pokud a dělí číslo b (v oboru přirozených čísel nebo celých čísel), pak číslo a nazveme dělitelem čísla b. Pozor! Podle definice je 1 číslo 0 dělitelné každým číslem n (i nulou). 2 každé číslo n dělitelné číslem 1. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 2/14

Definice Přirozenému číslu p většímu než 1 říkáme prvočíslo, pokud je číslo p dělitelné pouze čísly 1 a p. Tvrzení Množina všech prvočísel P je nekonečná množina. Důkaz. (Eukleides: 3. století př.n.l.) Předpokládejme, že P = {p 1,..., p n }. Definujeme přirozené číslo p takto: p = p 1 p 2 p n 1 p n + 1. Zřejmě p P. Je-li p prvočíslo, jsme hotovi původní množina {p 1,..., p n } nemohla obsahovat všechna prvočísla. Je-li p složené číslo, musí se v jeho prvočíselném rozkladu vyskytovat prvočíslo, které není v množině {p 1,..., p n }. V každém případě množina {p 1,..., p n } neobsahuje všechna prvočísla, množina P musí být nekonečná. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 3/14

Základní věta elementární teorie čísel Pro každé přirozené číslo x 2 existuje jednoznačný prvočíselný rozklad. Příklad Číslo 1960 má prvočíselný rozklad 2 3 5 7 2. Tudíž číslo 1960 má celkem různých dělitelů. 4 2 3 = 24 Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 4/14

Definice Řekneme, že přirozené číslo d je největším společným dělitelem přirozených čísel a, b (značení d = gcd(a, b)), pokud jsou splněny následující dvě podmínky: a 1 Číslo d je společným dělitelem čísel a, b, tj. platí, d a a současně d b (v oboru přirozených čísel). 2 Číslo d je největším ze všech společných dělitelů čísel a, b, tj. platí následující: je-li c takové přirozené číslo, pro které platí c a a současně c b, potom c d. Pokud gcd(a, b) = 1, řekneme, že přirozená čísla a, b jsou nesoudělná. a Anglicky greatest common divisor, odtud pochází značení. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 5/14

Příklad Pro čísla a = 1960 = 2 3 5 7 2 a b = 308 = 2 2 7 11 je gcd(a, b) = 2 2 7 = 28. Všechna společná prvočísla v maximální společné mocnině. Prvočíselný rozklad je obecně velmi těžký problém viz například šifrovací protokol RSA (šifrování s veřejným klíčem). Lze se při hledání největšího společného dělitele znalosti prvočíselných rozkladů vyhnout? Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 6/14

Dělení se zbytkem v oboru celých čísel Ať a, b jsou libovolná celá čísla, b 0. Pak existují jednoznačně určená celá čísla q a r taková, že jsou splněny následující dvě podmínky: 1 Platí rovnost a = q b + r. 2 Číslo r splňuje nerovnost 0 r < b. Důkaz. Indukcí, tj. rekursivním algoritmem! Viz skripta. Definice Jednoznačně určené číslo r z předchozí věty nazveme zbytkem po dělení čísla a číslem b. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 7/14

Předpokládejme, že pro přirozená čísla a, b platí a b > 0. Označme b = b 0 a dělením se zbytkem vytvořme posloupnost přirozených čísel b 1, b 2,... : a = q 0 b 0 + b 1 b 0 = q 1 b 1 + b 2 b 1 = q 2 b 2 + b 3. dokud není b n = 0. Potom gcd(a, b) = b n 1. Proč by to mělo fungovat? Terminace? Parciální korektnost? Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 8/14

Příklad Běh jednoduchého Eukleidova algoritmu pro a = 427, b = 133. 427 = 3 133 + 28 133 = 4 28 + 21 28 = 1 21 + 7 21 = 3 7 + 0 Proto platí, že gcd(427, 133) = 7. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 9/14

Tvrzení (Terminace jednoduchého Eukleidova algoritmu) Existuje n takové, že b n = 0. Důkaz. Platí b 0 > b 1 > b 2 > b 3 >.... Jde totiž o zbytky při dělení. Proto existuje n takové, že b n = 0. (Princip dobrého uspořádání!) Zbytky po dělení tvoří variant jednoduchého Eukleidova algoritmu. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 10/14

Tvrzení (Parciální korektnost jednoduchého Eukleidova algoritmu) Předpokládejme, že pro přirozená čísla a, b platí a b > 0. Vydělme číslo a číslem b se zbytkem. Pro nějaká q a r tedy platí a = q b + r, kde 0 r < b. 1 Je-li r = 0, potom b je největším společným dělitelem čísel a, b. 2 Je-li r > 0, označme jako d jakéhokoli společného dělitele původních čísel a a b. Potom d je společný dělitel čísel b a r. Být společným dělitelem tvoří invariant jednoduchého Eukleidova algoritmu. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 11/14

Příklad Zpětný běh jednoduchého Eukleidova algoritmu pro gcd(427, 133) = 7: 7 = 1 28 21 = 1 ( 427 3 133 ) ( 133 4 28) = 1 ( 427 3 133 ) ( 133 4 ( 427 3 133 )) = 5 427 16 133 Zbytky po dělení jsou podtržené, čísla 427 a 133 jsou v rámečku. Tudíž platí: pro α = 5, β = 16. gcd(427, 133) = 7 = α 427 + β 133 Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 12/14

Důsledek (Bezoutova rovnost) Ať a a b jsou přirozená čísla. Potom existují celá čísla α, β tak, že platí rovnost gcd(a, b) = α a + β b. Důkaz. Zpětný chod jednoduchého Eukleidova algoritmu. Zpětný chod je těžkopádný. Neexistuje lepší způsob hledání čísel α, β? Ano: rozšířený Eukleidův algoritmus. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 13/14

Příklad na nalezení Bezoutovy rovnosti gcd(427, 133) = α 427 + β 133 a b q r α 2 α 1 β 2 β 1 427 133 1 0 0 1 427 133 3 28 0 1 1-3 133 28 4 21 1-4 -3 13 28 21 1 7-4 5 13-16 21 7 3 0 5-19 -16 61 7 0 Tvrdíme, že gcd(427, 133) = 7 a že Bezoutova rovnost má tvar 7 = 5 427 + ( 16) 133. Jiří Velebil: X01DML 29. října 2010: Základy elementární teorie čísel 14/14