1 Sætninger om hovedidealområder (PID) og faktorielle



Relaterede dokumenter
Minilex Mat 2AL. .. Henrik Dahl Mangler

Matematik 2AL, vinteren

10. Nogle diofantiske ligninger.

Polynomier. Indhold. Georg Mohr-Konkurrencen. 1 Polynomier 2. 2 Polynomiumsdivision 4. 3 Algebraens fundamentalsætning og rødder 6

MM05 - Kogt ned. kokken. Jacob Aae Mikkelsen. 23. januar 2007

2. Gruppen af primiske restklasser.

Polynomium Et polynomium. Nulpolynomiet Nulpolynomiet er funktionen der er konstant nul, dvs. P(x) = 0, og dets grad sættes per definition til.

Vi indleder med at minde om at ( a) = a gælder i enhver gruppe.

Noter om polynomier, Kirsten Rosenkilde, Marts Polynomier

Facitliste 1 MAT 2AL. 5. f (x) er irreducibel i Z 5 [X].

Polynomier med sælsomme egenskaber modulo p Bo Vagner Hansen

Matematik YY Foråret Kapitel 1. Grupper og restklasseringe.

Ringe og Primfaktorisering

Anders Thorup. Elementær talteori. Algebra og talteori, F2001

Komplekse tal og polynomier

TALTEORI Følger og den kinesiske restklassesætning.

Divisorer. Introduktion. Divisorer og delelighed. Divisionsalgoritmen. Definition (Divisor) Lad d og n være hele tal. Hvis der findes et helt tal q så

Facitliste til nyere eksamensopgaver

Talteori. Teori og problemløsning. Indhold. Talteori - Teori og problemløsning, august 2013, Kirsten Rosenkilde.

Talteoriopgaver Træningsophold ved Sorø Akademi 2007

Jeg foretager her en kort indføring af polynomier over såvel de reelle som

En algebra opsamling INDLEDNING. Indhold. Jens Kusk Block Jacobsen 13. januar 2008

t a l e n t c a m p d k Talteori Anne Ryelund Anders Friis 16. juli 2014 Slide 1/36

Algebra2 Obligatorisk opgave

Foredrag i Eulers Venner 30. nov. 2004

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Diofantiske ligninger

Kommutativ algebra, 2005

Projekt 3.5 faktorisering af polynomier

Noter til Matematik 3AG Algebra og geometri

Mordell s Sætning. Henrik Christensen og Michael Pedersen. 17. december 2003

TALTEORI Wilsons sætning og Euler-Fermats sætning.

Hyperelliptisk kurve kryptografi

A L G E B R A I S K T A L T E O R I Forår 1998 Forelæsninger ved Asmus L. Schmidt

Primtal - hvor mange, hvordan og hvorfor?

Integer Factorization

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 7

Talteori. Teori og problemløsning. Indhold. Talteori - Teori og problemløsning, marts 2014, Kirsten Rosenkilde.

Chapter 3. Modulpakke 3: Egenværdier. 3.1 Indledning

Nogle grundlæggende begreber

Symmetriske og ortogonale matricer Uge 6

Oversigt over gruppeteori: definitioner og sætninger

Teoretiske Øvelsesopgaver:

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

University of Copenhagen Faculty of Science Written Exam - 3. April Algebra 3

z 1 = z 1z 1z 1 z 1 2 = z z2z 1 z 2 2

Geom2-dispositioner (reeksamen)

Fejlkorligerende køder Fejlkorrigerende koder

Matematik 3AG Forår Algebraisk Geometri KURVER OG MODULER. Hans Bjørn Foxby

Affine rum. a 1 u 1 + a 2 u 2 + a 3 u 3 = a 1 u 1 + (1 a 1 )( u 2 + a 3. + a 3. u 3 ) 1 a 1. Da a 2

Symmetriske matricer

TALTEORI Wilsons sætning og Euler-Fermats sætning.

Secret sharing - om at dele en hemmelighed Matematiklærerdag 2017

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

DM72 Diskret matematik med anvendelser

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

F.1. Mat 2AL. n Z n a Z n = gcd = ±gcd = lcm = ±lcm d l sinα)+(cosβ sinα)(cosβ N N {id}

Fejlkorrigerende koder, secret sharing (og kryptografi)

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 8

Talteori: Euklids algoritmer, modulær aritmetik

Grundlæggende Matematik

DesignMat Kvadratiske matricer, invers matrix, determinant

Lineær Algebra, TØ, hold MA3

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Endeligdimensionale vektorrum

Matematisk Metode Notesamling

6. RSA, og andre public key systemer.

Reed-Solomon og N T P-koder

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

sætning: Hvis a og b er heltal da findes heltal s og t så gcd(a, b) = sa + tb.

9.1 Egenværdier og egenvektorer

TALTEORI Ligninger og det der ligner.

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

Endeligdimensionale vektorrum

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Eulers sætning Matematikken bag kryptering og signering v.hj.a. RSA Et offentlig nøgle krypteringssytem

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

Opgave 1 Regning med rest

Matematikken bag kryptering og signering RSA

6. december. Motivation. Internettet: Login til DIKU (med password) Handel med dankort Fortrolig besked Digital signatur

Noter til Perspektiver i Matematikken

3.1 Baser og dimension

DesignMat Uge 5 Systemer af lineære differentialligninger II

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 4

4.1 Lineære Transformationer

Archimedes Princip. Frank Nasser. 12. april 2011

Algebra - Teori og problemløsning

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Taylor s approksimationsformler for funktioner af én variabel

KRYPTOLOGI ( Litt. Peter Landrock & Knud Nissen : Kryptologi)

Grundlæggende Matematik

Taylor s approksimationsformler for funktioner af én variabel

Lineær Algebra - Beviser

Analyse 2. Gennemgå bevis for Sætning Supplerende opgave 1. Øvelser. Sætning 1. For alle mængder X gælder #X < #P(X).

Ligningssystemer - nogle konklusioner efter miniprojektet

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Transkript:

1 Sætninger om hovedidealområder (PID) og faktorielle ringe (UFD) 1. Introducér ideal, hovedideal 2. I kommutativt integritetsområde R introduceres primelement, irreducibelt element, association 3. Begrebet PID (hovedidealområder) introduceres. I forbindelse med dette nævnes eksempler på hovedidealområder: Z, L[X], og den numeriske betingelse for PID nævnes (euklidisk ring) 4. I PID er irreducible elementer primelementer (nævn, at det er nemt at vise, at primelementer er irreducible i komm. int. omr.) 5. Introducér primopløsninger og irreducible opløsninger (en fremstilling med faktorer i R, hvor faktorer er enten primelementer el. irreducible elementer) 6. Nævn, at primopløsninger er entydige (hvis to produkter af primelementer a 1 a s og b 1 b t er associerede, er s = t og hver faktor a i er associeret med b i efter permutation af faktorer, i = 1,..., s) 7. Bevis hovedsætning 1: I komm. int. omr. R er følgende betingelser ækvivalente: (a) Irred. opløsninger eksisterer for alle elt. 0, enhed og disse er entydige. (b) Irred. opløsninger eksisterer for alle elt. 0, enhed og alle irred. elt. er primelt. (c) Primopløsninger eksisterer for alle elt. 0, enhed. Vis (b) (c), (b) (a), (c) (b) og (a) (b). Hvis følgende betingelser (dvs. én af dem) er opfyldt i en ring R, kaldes R UFD (faktoriel ring) 8. Nævn, at hvis der ikke eksisterer irred. opl. for alle elementer i et komm. int. omr., findes en uendelig følge af elementer i R a 1, a 2,..., hvor a i+1 er en ikke-triviel divisor i a i 9. Hovedsætning 2: Et PID er et UFD. 10. Småting: I UFD kan laves repræsentantsystem af primelementer, hvorpå ethvert element kan skrives som produkt af enhed og primelementpotenser. Er R faktoriel, er R[X] også faktoriel (Gauss sætning). Gauss talring er PID, dermed UFD, og der findes kun 9 imaginære faktorielle kvadratiske talringe. 1

2 Kvadratiske talringe, fortrinsvist om irreducible opløsninger, primelementer og faktorielle, kvadratiske talringe 1. Introducér kvadratiske talringe Z[ξ] (normeret andengradspolynomium med heltalskoefficienter, kvadratfri diskriminant, (irrationale) rødder ξ, kvadratisk tal x + yξ, mængden af disse Z[ξ]) 2. Norm (multiplikativ, heltallig etc.), irreducibelt element og primelement 3. Nævn ε enhed i Z[ξ] N(ε) = ±1 og δ α N(δ) N(α), δ triviel divisor i α N(δ) triviel divisor i N(α) 4. Vis lemma 6.14: lad π = x + yξ Z[ξ], hvor (x, y) = 1. Da gælder π primelement i Z[ξ] N(π) = ±p, p primtal π irreducibel i Z[ξ]. Betingelserne er ækvivalente, hvis Z[ξ] er UFD 5. I en kvadratisk talring eksisterer irreducible opløsninger for alle elementer; de er bare ikke altid entydige (vælg eksempel Z[ 5] med 6 = 2 3 = (1 + 5)(1 5)) (ikke alle kvadr. talringe er UFD) 6. Vis, at hvis p er et sædvanligt primtal i Z og et primelement i Z[ξ], så har kongruensen z 2 bz + c 0 (mod p) ingen løsninger i Z (6.19) 7. Skitser beviset for, at Z[i] er et UFD (foregår ved at vise, at Z[i] er en euklidisk ring) - rund af med lidt om forgrening og løsning på diofantisk ligning x 2 + y 2 = p, hvor p enten er et primtal eller ej 2

3 Kvadratiske talringe, fortrinsvist om forgrening i kvadratiske talringe 1. Introducér kvadratiske talringe Z[ξ] (normeret andengradspolynomium med heltalskoefficienter, kvadratfri diskriminant, (irrationale) rødder ξ, kvadratisk tal x + yξ, mængden af disse Z[ξ]) 2. Fortæl meget lidt om UFD og egenskaber (at irred. opløsninger eksisterer for alle elt. og er entydige, fx). Led over i, at nogle kvadratiske talringe kan ses ikke at være UFD ved ikke at opfylde ovenstående, men nogle er UFD, da de er PID 3. Sætning 6.20: Forgrening i faktorielle kvadratiske talringe - overvej hvorfor der er nødt til at blive gjort forskel på type 2 og speciel type. Led derfor videre til et eksempel, nemlig Gauss talring 4. Sætning 6.21: Forgrening i Gauss talring (som er UFD - forklar at dette kan vises, ved at vise at den er euklidisk). 5. Forklar slutteligt hvorfor ligningen x 2 + y 2 = p hvor p = 2 eller p 1 (mod 4) altid har heltalsløsninger (x, y) Z Z 6. Led eventuelt ind på hvordan mere komplicerede diofantiske ligninger kan løses ved brug af forgreningsegenskaben og nævn fordelen UFD giver (repræsentantsystem af primelementer) 3

4 Forgrening i Gauss talring og anvendelser på diofantiske ligninger 1. Introducér kvadratiske talringe Z[ξ] (normeret andengradspolynomium med heltalskoefficienter, kvadratfri diskriminant, (irrationale) rødder ξ, kvadratisk tal x + yξ, mængden af disse Z[ξ]) 2. Idet Z[ξ] α kan ses som talpar (x, y) Z Z, er der en bijektiv korrespondance mellem α, hvor N(α) = k og talpar der opfylder x 2 bxy + cy 2 = k - led lidt videre til Pells ligning (k = ±1) (enheder i Z[ξ]) og ligninger som x 2 2y 2 = 1, der kan vises at have uendelig mange løsninger 3. Mange gode egenskaber ved at betragte faktorielle, kvadratiske talringe. Sætning 6.16: Vis, at Z[i] er et UFD (ved at vise, at den er euklidisk) 4. I faktorielle kvadr. talringe kan man tale om forgrening 5. Sætning 6.21: Forgrening i Gauss talring (som er UFD - forklar at dette kan vises, ved at vise at den er euklidisk). 6. 6.22: Den diofantiske ligning x 2 + y 2 = k (forklar, hvornår og hvorfor denne har løsninger, hvis k = 2 l q m1 1 qs ms p n1 1 pnr r ; q j 3, p i 1 modulo 4; m j skal være lige!) 4

5 Cirkeldelingspolynomier 1. Introducér begrebet (primitiv) n te enhedsrod i et legeme L og specielt i legemet C - komplekse n te enhedsrødder (setup er altså præcis som i 3.1) 2. Definition på det n te cirkeldelingspolynomium - normeret og af grad ϕ(n) (antal elementer af orden n i C n ) 3. Vis meget hurtigt sætning X n 1 = d n Φ d - fortæl, at den har koefficienter i Z 4. Cirkeldelingspolynomierne er irreducible over Q[X] - vis EVT. (forklar idéen) at de p te er irreducible vha. Eisensteins irreducibilitetskriterium (betragt Φ p (X + 1), vis, at dette er irreducibelt idet p p, men p 2 p) 5. Da legeme L enten har karakteristik 0 eller p (primtal), kan Z eller Zp opfattes som delring af legeme L, ved isomorfisætningen - af dette følger Freshman s Dream 6. Hovedsætning: Lad p være karakteristikken af legemet L. Da gælder for ξ L og n N, at ξ har orden n i L, hvis og kun hvis Φ n (ξ) = 0 og p n 7. Perspektiver til konstruktion af endelige legemer (irreducible divisorer i φ n, polynomiumskvotient F p [X]/(f)) 5

6 Endelige legemer (eksistens og entydighed) Alt det første skal gå meget hurtigt her, da eksistens og entydighed kommer til at tage noget tid. 1. Formål: vil konstruere legeme ud fra legeme L hvor L er dellegeme, og hvor normeret og irreducibelt f L[X] har rod ξ 2. Tal om struktur af polynomiumskvotient R[X]/(f), hvor f er et normeret polynomium i R[X] af positiv grad n (a) Enhver ækvivalensklasse har entydig fremstilling α = b 0 + b 1 ξ + + b n 1 ξ n 1, hvor ξ = [X] (f) og X R[X] (b) Ud fra denne konstruktion kan for eksempel C konstrueres, hvor vi benytter X 2 + 1 i R[X] (c) Ud fra hovedidealsætning, er L[X] PID, hvis L legeme (d) Lemma før 5.9: f irred. i L[X] (eks. F p [X]). L[X]/(f) legeme (f irred. (f) maks.id.) 3. Husk sætning 3.6: Lad p være karakteristikken af legemet L. Da gælder for ξ L og n N, at ξ har orden n i L, hvis og kun hvis Φ n (ξ) = 0 og p n Godset er: 1. Sætning (lemma): Lad p være et primtal, primisk med n N (p n). Betragt nu Φ n F p [X] og en irreducibel divisor f i Φ n F p [X]. Sæt r := deg(f). K := F p [X]/(f) er et legeme med p r elementer, og ξ := [X] (f) er en primitiv n te enhedsrod i K. Endvidere er r = [p] n i (Z/n). Husk her, at K er et legeme ud fra valg af ξ og deg(f), hvorpå #K = p r. Vis, at Φ n (ξ) = 0. Vis, at hvis s N med [p] s = 1 i (Z/n), da er s r. Se på fremstilling af α p, hvor α K, og dermed α ps i sammenhæng med rødder i pol. X ps X. 2. Eksistens: Lad p være primtal, r N. Der findes et endeligt legeme med p r elementer, nemlig K := F p [X]/(f), hvor f er irreducibel faktor i Φ pr 1, opfattet som polynomium i F p [X]. Hvis L er et legeme med p s elementer, findes en inj. homomorfi K L hviss r s. Vis, at f har grad r. Benyt foregående sætning. Lad L være et sådant legeme, L vektorrum over K, endelig basis med d vektorer i L. Ved antagelse af r s, vis da f X ps 1 i F p [X]. Injektiv homomorfi F p [X] L[X] (da F p L). Alle α L er rødder i X ps 1 1. f har rod alpha i L som polynomium i L[X]. Få inj. homomorfi K L. 3. Entydighed: Der er en isomorfi mellem alle legemer med p r elementer. 6