Teorem 1.8 Svaki prirodan broj n > 1 moºe se prikazati kao umnoºak prostih brojeva (s jednim ili vi²e faktora).

Σχετικά έγγραφα
Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

ELEMENTARNA MATEMATIKA 1

Uvod u teoriju brojeva

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Uvod u teoriju brojeva. Andrej Dujella

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

7 Algebarske jednadžbe

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Prosti brojevi. Uvod

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

Četrnaesto predavanje iz Teorije skupova

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

6 Polinomi Funkcija p : R R zadana formulom

b = k a. Govorimo jošda a dijeli b ipišemo a b.

3. ELEMENTARNA TEORIJA BROJEVA Dokaži dajebroj djeljivs Dokažidajebroj djeljiv Dokaži dajebroj djeljiv

PID: Domen P je glavnoidealski [PID] akko svaki ideal u P je glavni (generisan jednim elementom; oblika ap := {ab b P }, za neko a P ).

radni nerecenzirani materijal za predavanja

Operacije s matricama

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

1. zadatak , 3 Dakle, sva kompleksna re{ewa date jedna~ine su x 1 = x 2 = 1 (dvostruko re{ewe), x 3 = 1 + i

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

18. listopada listopada / 13

VJEŽBE IZ MATEMATIKE 1

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Mjera i Integral Vjeºbe

KONAČNA MATEMATIKA Egzistencija kombinatornih konfiguracija Dirichlet-ov i Ramseyev teorem

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

1 Promjena baze vektora

MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 30. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Dijagonalizacija operatora

VJEŽBE IZ MATEMATIKE 1

Deljivost. 1. Ispitati kada izraz (n 2) 3 + n 3 + (n + 2) 3,n N nije deljiv sa 18.

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

Elementi spektralne teorije matrica

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

Teorija brojeva Okvirni program rada sa nadarenim učenicima osnovnih škola. Hasan Jamak Prirodno-matematički fakultet Sarajevo

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Teorijske osnove informatike 1

POTPUNO RIJEŠENIH ZADATAKA PRIRUČNIK ZA SAMOSTALNO UČENJE

VJEŽBE IZ MATEMATIKE 1

k a k = a. Kao i u slučaju dimenzije n = 1 samo je jedan mogući limes niza u R n :

Slučajni procesi Prvi kolokvij travnja 2015.

5. Karakteristične funkcije

Zadaci iz Osnova matematike

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

1 Aksiomatska definicija skupa realnih brojeva

KOMUTATIVNI I ASOCIJATIVNI GRUPOIDI. NEUTRALNI ELEMENT GRUPOIDA.

Nelinearni dinami ki sustavi

REKURZIVNE FUNKCIJE PRIRODOSLOVNO MATEMATIČKI FAKULTET MATEMATIČKI ODSJEK. Diplomski rad. Voditelj rada: Doc.dr.sc.

Lokalni ekstremi funkcije vi²e varijabla

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

16 Lokalni ekstremi. Definicija 16.1 Neka je A R n otvoren, f : A R i c A. Ako postoji okolina U(c) od c na kojoj je f(c) minimum

Dvanaesti praktikum iz Analize 1

Teorija brojeva i kriptografija

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

1.4 Tangenta i normala

( x) ( ) ( ) ( x) ( ) ( x) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Ministarstvo prosvete i sporta Republike Srbije Druxtvo matematiqara Srbije Prvi razred A kategorija

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Sadrºaj. 1 Vektorska algebra 1. 2 Analiti ka geometrija 2. 3 Analiti ka geometrija u ravni 3. 4 Analiti ka geometrija u prostoru 4

Diofantske jednadžbe. Andrej Dujella

XI dvoqas veжbi dr Vladimir Balti. 4. Stabla

Jedan dokaz iracionalnosti broja e p

Klasifikacija blizu Kelerovih mnogostrukosti. konstantne holomorfne sekcione krivine. Kelerove. mnogostrukosti. blizu Kelerove.

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

LINEARNA ALGEBRA 1 skripta za nastavni ke studije na PMF-MO. Zrinka Franu²i, Juraj iftar

Metode dokazivanja nejednakosti

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

MATEMATIKA 1 8. domaća zadaća: RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

IZVODI ZADACI (I deo)

9. GRANIČNA VRIJEDNOST I NEPREKIDNOST FUNKCIJE GRANIČNA VRIJEDNOST ILI LIMES FUNKCIJE

Poglavlje 1 GRAM-SCHMIDTOV POSTUPAK ORTOGONALIZACIJE. 1.1 Ortonormirani skupovi

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku Odjel za matematiku Preddiplomski studij matematike. Pellove jednadžbe i problem stoke

algebarski zatvara Polje Ω je algebarski zatvara potpolja F ako je algebarski zatvoreno (vidi deniciju) i algebarsko nad F.

Linearna algebra I, zimski semestar 2007/2008

Više dokaza jedne poznate trigonometrijske nejednakosti u trokutu

LEKCIJE IZ MATEMATIKE 1

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

VEKTORI. Nenad O. Vesi 1. = α, ako je

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

1 Limesi, asimptote i neprekidnost funkcija

Seminar 11 (Ispitivanje domene i globalnih svojstava funkcije)

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

1 Afina geometrija. 1.1 Afini prostor. Definicija 1.1. Pod afinim prostorom nad poljem K podrazumevamo. A - skup taqaka

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Transcript:

UVOD U TEORIJU BROJEVA Drugo predavanje - 10.10.2013. Prosti brojevi Denicija 1.4. Prirodan broj p > 1 zove se prost ako nema niti jednog djelitelja d takvog da je 1 < d < p. Ako prirodan broj a > 1 nije prost, onda kaºemo da je sloºen. Teorem 1.8 Svaki prirodan broj n > 1 moºe se prikazati kao umnoºak prostih brojeva (s jednim ili vi²e faktora). Koristimo matemati ku indukciju. Broj 2 je prost. Pretpostavimo da je n > 2 i da tvrdnja teorema vrijedi za svaki prirodni broj m, takav da je 2 m < n. Dokaºimo da se i n moºe prikazati kao umnoºak prostih faktora. Ako je n prost, nemamo ²to dokazivati. Ako nije, onda vrijedi n = n 1 n 2, gdje je 1 < n 1 < n i 1 < n 2 < n. Po pretpostavci indukcije, n 1 i n 2 su umno²ci prostih brojeva pa slijedi da i n ima to svojstvo. Iz Teorema 1.8 slijedi da svaki prirodan broj n moºemo prikazati u obliku n = p α 1 1 p α 2 2 p αr r, gdje su p 1,..., p r razli iti prosti brojevi, a α 1,..., α r prirodni brojevi. Ovakav prikaz broja n zvat emo kanonski rastav broja n na proste faktore. Propozicija 1.9. Ako je p prost broj i p ab, onda p a ili p b. Op enitije, ako p a 1 a 2...a n, onda p dijeli barem jedan faktor a i. Neka p ab i p a. Dakle, (p, a) = 1, pa postoje cijeli brojevi x i y takvi da je ax + py = 1. Pomnoºimo li tu jednakost s b, dobivamo abx + pby = b pa, kako p ab, slijedi da p b. Op enitiju tvrdnju dokazujemo indukcijom. Pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za umno²ke s manje od n faktora. Sada, ako p a 1 (a 2 a n ), onda p a 1 ili p a 2 a n. Ako p a 2 a n, onda po pretpostavci indukcije p a i za neki i = 2,..., n. 1

Teorem 1.10. (Osnovni teorem aritmetike) Faktorizacija svakog prirodnog broja n > 1 na proste faktore jedinstvena je do na poredak prostih faktora. Pretpostavimo suprotno, da n ima dvije razli ite faktorizacije. Nakon dijeljenja s prostim brojevima koji su zajedni ki objema faktorizacijama, dobivamo jednakost oblika p 1 p 2 p r = q 1 q 2 q s, gdje su p i za i = 1,..., r i q j za j = 1,..., s prosti brojevi, ne nuºno razli iti, ali takvi da se niti jedan prost broj s lijeve strane ne pojavljuje na desnoj strani jednakosti, tj. p i q j za sve i, j. Iz toga slijedi da p 1 q 1 q 2 q s pa Propozicija 1.9. povla i da p 1 dijeli barem jedan q j. Kako se radi o prostim brojevima, moralo bi vrijediti p 1 = q j. Dakle, dobili smo kontradikciju. Analogon Teorema 1.10. ne vrijedi za cijele brojeve u (nekim) kvadratnim poljima. (O tome emo detaljnije kada se budemo bavili kvadratnim poljima.) Primjer nejednozna ne faktorizacije na proste faktore u prstenu Z[ 6] = {a + b 6 : a, b Z} su dvije razli ite faktorizacije broja 10. Naime, vrijedi 10 = 2 5 = (2 + 6)(2 6). Radi jednostavnosti, esto emo prirodan broj a pisati u obliku a = p p α(p), gdje je α(p) 0. Pritom podrazumijevamo da je α(p) = 0, za skoro sve proste brojeve p. Posebno, ako je a = 1 onda je α(p) = 0 za svaki p. Ako je a = p pα(p), b = p pβ(p), c = p pγ(p) i ab = c, iz Teorema 1.10. slijedi da je α(p) + β(p) = γ(p) za sve p. Dakle, ako a c, tada je α(p) γ(p) za svaki p. Obratno, ako je α(p) γ(p) za svaki p, onda moºemo denirati prirodan broj b = p pβ(p) sa β(p) = γ(p) α(p). Tada je ab = c pa a c. Iz prethodnog razmatranja zaklju ujemo da vrijedi a c α(p) γ(p), (1) za svaki p. Iz (1) dalje slijedi sljede a vaºna formula (a, b) = p p min{α(p),β(p)}. (2) 2

Uvedimo sada jo² jedan pojam. Denicija 1.5. Neka su a 1, a 2,..., a n cijeli brojevi razli iti od 0. Najmanji prirodan broj c za koji vrijedi da a i c za sve i = 1, 2,..., n zove se najmanji zajedni ki vi²ekratnik brojeva a 1, a 2,..., a n. Ozna avamo ga s [a 1,..., a n ]. Iz (1) slijedi da je [a, b] = p p max{α(p),β(p)}. (3) Propozicija 1.11. Vrijedi (a, b) [a, b] = ab. Po deniciji su (a, b), [a, b] N pa je to razlog zbog kojeg se na desnoj strani jednakosti koju moramo dokazati stavlja apsolutna vrijednost. Po Teoremu 1.10 i formulama (2) i (3), dovoljno je provjeriti da za sve nenegativne cijele brojeve x, y vrijedi min{x, y} + max{x, y} = x + y. Ako je najprije x y, onda vrijedi min{x, y} + max{x, y} = x + y. Ako je pak x > y, onda je min{x, y} + max{x, y} = y + x = x + y. Za prirodan broj a re i emo da je (potpun) kvadrat ako se moºe zapisati u obliku n 2, za neki n N. Iz Teorema 1.10 slijedi da je a potpun kvadrat ako i samo ako su svi eksponenti α(p) parni. Kaºemo da je a kvadratno slobodan ako je 1 najve i kvadrat koji dijeli a. Dakle, a je kvadratno slobodan ako i samo ako su svi eksponenti α(p) jednaki 0 ili 1. Ako je p prost, onda je p k a ekvivalentno s k = α(p). Primjer: Dokaºite da svaki sloºen broj n ima prost faktor p n. 3

Rje²enje: Neka je p najmanji prost faktor od n. Dakle, postoji m N, takav da je n = p m i vrijedi m p. Pomnoºimo li tu nejednakost s p, dobivamo n p 2 pa, kako su n, p N, slijedi n p. Ovaj primjer moºemo iskoristiti za generiranje tablice prostih brojeva tzv. Eratostenovim sitom. Na primjer, ºelimo napraviti tablicu prostih brojeva 200. Napi²emo sve prirodne brojeve od 2 do 200. Prekriºimo sve prave vi²ekratnike broja 2, pa broja 3, pa broja 5. U svakom koraku, prvi neprekriºeni broj je prost te u idu em koraku kriºamo njegove prave vi²ekratnike. Prvi novoprekriºeni broj biti e njegov kvadrat, jer su svi manji vi²ekratnici ve prekriºeni. U na²em slu aju, nakon kriºanja vi²ekratnika od 7, 11 i 13, tablica je gotova (jer je 17 > 200). Teorem 1.12. (Euklid) Skup svih prostih brojeva je beskona an. Pretpostavimo suprotno, da su p 1, p 2,..., p k svi prosti brojevi. Promotrimo broj n = 1 + p 1 p 2 p k. Broj n nije djeljiv niti s p 1, niti s p 2,..., niti s p k (da je, iz prethodne jednakosti dobili bi kontradikciju da taj p i dijeli 1 za i {1,..., k}). Dakle, svaki prosti faktor od n je razli it od p 1,..., p k. Budu i da je n ili prost ili ima prosti faktor, u svakom slu aju dobili smo prost broj razli it od p 1,..., p k, ²to je kontradikcija. Primjer: Dokaºite da, ako je broj 2 k + 1 prost, tada je k = 0 ili je k = 2 n za neki cijeli broj n 0. Rje²enje: Neka je 2 k +1 prost broj. Najmanji prosti broj 2 dobivamo za k = 0. Sljede i prost broj 3 dobivamo za n = 0, odnosno k = 1. Pretpostavimo suprotno, da k ima neki neparan prosti faktor p, odnosno da je k = p m, gdje je m prirodan broj. Tada je broj 2 k + 1 = (2 m ) p + 1 p = (2 m + 1)((2 m ) p 1 (2 m ) p 2 +... + 1) djeljiv s 2 m + 1 pa nije prost. Dakle, dobili smo kontradikciju. (Ovdje smo koristili genearliziranu jednakost za zbroj potencija a 2n+1 + b 2n+1 = (a + b)(a 2n a 2n 1 b +... ab 2n 1 + b 2n ), gdje je n N.) 4

Brojevi oblika f n = 2 2n + 1, gdje je n nenegativan cijeli broj, zovu se Fermatovi brojevi. Fermat je smatrao da su svi takvi brojevi prosti. Neki od njih i jesu, pr. f 0 = 3, f 1 = 5, f 2 = 17, f 3 = 257, f 4 = 65537. Mežutim, s nekoliko transformacija pokazat emo da f 5 = 2 32 + 1 nije prost. Naime, vrijedi pa slijedi da 641 f 5. 2 32 + 1 = 2 4 2 28 + 1 = (641 5 4 )2 28 + 1 = 641 2 28 640 4 + 1 = 641 2 28 (641 1) 4 + 1 =... = 641(2 28 641 3 + 4 641 2 6 641 + 4) Do danas nije dokazana slutnja da je samo kona no mnogo Fermatovih brojeva prosto. Primjer: Dokaºite da, ako je broj 2 n 1 (gdje je n prirodan broj) prost, tada je i broj n prost. Rje²enje: Pretpostavimo da je broj n sloºen, odnosno da je n = ab, gdje su a > 1, b > 1. Sada je broj 2 n 1 = (2 a ) b 1 b djeljiv s 2 a 1 pa nije prost. Dakle, dobili smo kontradikciju. (Ovdje koristimo generaliziranu jednakost za razliku potencija a n b n = (a b)(a n 1 +a n 2 b+...+ab n 2 +b n 1 ), gdje je n N). Brojevi oblika M p = 2 p 1, gdje je p prost broj, zovu se Mersennovi brojevi. Neki od njih, kao na primjer M 7 = 127 su prosti, a neki su sloºeni, kao na primjer M 11 = 2047 = 23 89. Do danas nije dokazana slutnja da Mersennovih brojeva koji su prosti ima beskona no mnogo. Najve i danas poznat Mersennov prost broj je M 57885161. 5