Matematika pro informatiku 10 Doc. RNDr. Alena Šolcová, Ph. D., KTI FIT ČVUT v Praze 4.dubna 2011 Evropský sociální fond Investujeme do vaší budoucnosti Alena Šolcová
Vybrané problémy teorie čísel Prvočísla a jejich rozmístění Goldbachova hypotéza. Číselně teoretické funkce. Základní vlastnosti kongruencí. Čínská věta o zbytcích. Kvadratická kongruence. Gaussovy algoritmy. Výpočet kalendáře.
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
2
Prvočísla a jejich rozmístění • • • •
(Primes and their distribution) Prvočísla (Primes) Základní věta aritmetiky (Fundamental Theorem of Arithmetic) Eratosthenovo síto (The Sieve of Eratosthenes) Goldbachova hypotéza (The Goldbach Conjecture)
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
3
Základní věta aritmetiky Každé kladné celé číslo n > 1 může být vyjádřeno jako součin prvočísel. Tento rozklad je jednoznačný. • Důsledek: Kladné celé číslo n > 1 může být vyjádřeno v kanonickém tvaru jediným způsobem n = p1k1 p2k2 …prkr , kde každé ki je kladné celé číslo pro i = 1, 2, …, r a každé pi je prvočíslo takové, že p1 < p2 < …< pr 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
4
Příklady • 360 = 23 32 5 • 4725 = 33 52 7 • 17640 = 23 32 5 72 • • • •
65536 = 216 143 = 11 . 13 1679 = 23 . 73 1271 = 31 . 41
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
5
Testování prvočíselnosti Je-li a složené celé číslo, pak můžeme psát a = b.c, kde 1 < b < a a 1 < c < a . Předpokládame-li, že b ≤ c, dostaneme b2 ≤ bc = a, a dále b ≤ √a. Protože b > 1, má b podle ZVA nejméně jednoho prvočíselného dělitele p. Pak platí p ≤ b ≤ √a, dále p|b a b|a p|a. Složené číslo a má vždy prvočíselného dělitele p ≤ √a, odtud plyne: stačí testovat čísla menší než √a nebo rovna √a. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
6
Testování prvočíselnosti - příklady Příklad: a = 509 22 < √509 < 23 Otestujeme jako možné dělitele prvočísla menší než 22, tj. { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19}. Protože žádné z nich není dělitel 509, musí být dané a prvočíslo.
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
7
Testování prvočíselnosti - příklady Příklad : a = 2093 45 < √2093 < 46 Otestujeme jako možné dělitele prvočísla menší než 22, tj. { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43}. První dělitel 2093 je 7: 2093 = 7 . 299 17 < √299 < 18, testujeme ,2, 3, 5, 7, 11, 13První dělitel 299 je 13: 299 = 13 . 23. 23 je též prvočíslo. Rozklad čísla je 2093 = 7 . 13 . 23. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
8
Eratosthenovo síto
1.11.2011
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
9
Čísla dělitelná dvěma, třemi a pěti
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
10
Ératosthenés z Kyrény • 276 – 194 př. n. l. • Žil v Alexandrii. • Přezdívka „Beta“ • • • •
Vyměřil obvod Země Přítel Archimédův Je po něm pojmenován kráter na Měsíci. Ératosthenovo síto v XI. knize Eukleidových Základů • Otázka: Existuje největší prvočíslo? 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
11
Obvod Země
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
12
Eukleidova věta – The Euclid Theorem • Věta: Počet všech prvočísel je nekonečný. Důkaz: Eukleidés postupuje sporem. Nechť existuje rostoucí posloupnost prvočísel p1 = 2, p2 = 3, p3 = 5, p4 = 7 … a pn je poslední z nich. Uvažujme P = p1 p2 … pn + 1. Protože P > 1 podle ZVA je P dělitelné nějakým prvočíslem. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
13
Důkaz Eukleidovy věty • p1 p2 … pn jsou jediná prvočísla menší než P, proto další prvočíslo p se musí rovnat jednomu z nich. • Když spojíme dělitelnost p|p1 p2 … pn a p|P, dostaneme p|P - p1 p2 … pn, ekvivalentně p|1 . • Jediný kladný dělitel čísla 1 je 1, ale p > 1, tj. spor! • Žádný konečný seznam prvočísel není úplný, počet prvočísel je nekonečný. The number of primes is infinite. Eukleidova čísla (Euclid Numbers) jsou čísla tvaru p1 p2 … pn + 1, mezi nimi je asi 19 prvočísel. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
14
Goldbachova hypotéza • Rozmístění prvočísel (Prime Distribution) mezi čísly složenými – neznáme odpověď. • Prvočíselná dvojčata (Prime Twins): dvojice lichých čísel (p, p + 2) - 11 a 13, 17 a 19 nebo 1000000000061 a 1000000000063. Intervaly mezi prvočísly jsou libovolně dlouhé. Nejdelší mezera má 1132 složených čísel. Otázka: Je počet prvočíselných dvojčat konečný? 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
15
Goldbachova hypotéza • 1742 píše Christian Goldbach Leonhardu Eulerovi: Každé sudé číslo může být vyjádřeno součtem dvou čísel, jež jsou prvočísla nebo jedničky. • Prověřeno do 4 . 1014 • Ukážeme si rozklady do 30: 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
16
Goldbachovy rozklady 2 = 4 = 6 = 8 = 10 = 12 = 14 = 16 = 18 = 20 = 22 = 24 = 26 = 28 = 30 = 1.11.2011
1+1 2+2 3+3 3+5 3+7 5+7 3 + 11 3 + 13 5 + 13 3 + 17 3 + 19 5 + 19 3 + 23 5 + 23 7 + 23
= = = = = = = = = = = = = =
1+ 3 1+ 5 1+ 7 5+ 5 1 + 11 7+ 7 5 + 11 7 + 11 7 + 13 5 + 17 7 + 17 7 + 19 11 + 17 11 + 19
=
1 + 13
= = = = =
1 1 11 11 13
=
13 + 17
+ + + + +
17 19 11 13 13
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
= 1 + 24
=
1 + 29 17
Lámejte si hlavu – L101 • Použijte Ératosthenova síta k rozkladu čísla 94 na součet dvou prvočísel. • Kolik takových rozkladů existuje?
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
18
Goldbachova hypotéza • Euler omezil hypotézu takto: Libovolné sudé číslo (≥ 6) tvaru 4n + 2 je součet dvou čísel, jež jsou prvočísla tvaru 4n + 1 nebo 1. Lze ukázat: Každé sudé číslo je součtem 6 nebo méně prvočísel. Lemma: Součin dvou nebo více čísel tvaru 4n + 1 je též tvaru 4n + 1. Dokažte si samostatně. Věta: Počet prvočísel tvaru 4n + 3 je nekonečný. Důkaz sporem. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
19
Dirichletova věta • Věta: Jestliže a a b jsou vzájemně nesoudělná čísla, pak aritmetická posloupnost a, a + b, a + 2b, a + 3b … obsahuje nekonečně mnoho prvočísel. Dirichlet zjistil např. , že je nekonečně mnoho prvočísel končících na 999: 1999, 100999, 1000999, … . Tato aritmetická posloupnost je určena tvarem 1000k + 999 a nsd(1000, 999) =1 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
20
Čemu se dlouho věřilo? • Euler se také někdy mýlil. V roce 1772 ukázal, že kvadratický polynom • f(n) = n2 + n + 41 dává pouze prvočíselné hodnoty. Prověřil pouze tyto hodnoty ,0, 1, 2, …, 39-. Použil metodu neúplné indukce. f(40) = 402 + 40 + 41 = 40(40 + 1) + 41 = 40 . 41 + 41 = 41 (40 + 1) = 412 složené číslo f(41) = 412 + 41 + 41 = 41 (41 + 1 + 1) = 41 . 43 f(42) = 422 + 42 + 41 = 1847 opět dává prvočíslo. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
21
Číselně teoretické funkce •
• • • •
(Number-Theoretic Functions) Součet a počet dělitelů (The Sum and Number of Divisiors) Möbiova funkce (The Möbius inversion formula) Celá část čísla (The Greatest Integer Function) Eulerova funkce (Euler’s Phi-Function) August Ferdinand Möbius, Leonhard Euler
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
22
Součet a počet dělitelů Definice: Je dáno kladné celé číslo n, označíme τ (n) počet kladných dělitelů čísla n a σ(n) součet těchto dělitelů. Příklad: n = 12. Má tyto kladné dělitele {1, 2, 3, 4, 6, 12}, tedy τ (12) = 6, σ(12) = 1 + 2 + 3 + 4 + 6 + 12 = 28 Určete funkce τ (n) a σ(n) pro prvních několik n. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
23
Součet a počet dělitelů • Věta: τ (n) = 2 právě tehdy, když n je prvočíslo. • Věta: σ(n) = n + 1 právě tehdy, když n je prvočíslo. • Obě funkce jsou multiplikativní, tj. τ (mn) = τ (m) τ (n) σ(mn) = σ(m) σ(n), pro libovolná vzájemně nesoudělná m, n. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
24
Möbiova funkce • August Ferdinand Möbius • Definice: Pro kladné celé číslo n definujeme 1 je-li n = 1 0 funkci μ (n) =
je-li p2|n pro nějaké
prvočíslo p (-1)r je-li n = p1 p2 … pr , kde pi jsou různá prvočísla.
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
25
Vlastnosti Möbiovy funkce Příklad: μ(30) = μ (2 . 3 . 5) = (-1)3 = -1 μ(1) = 1, μ(2) = -1, μ(3) = -1, μ(4) = 0, μ(5) = -1, μ(6) = 1.
Věta: Funkce μ je multiplikativní funkce. Zkuste samostatně dokázat. Aplikace najdeme v teorii čísel, kombinatorice, fyzice apod. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
26
Funkce “celá část čísla“ The Greatest Integer Function, „Bracket“ Function Definice: Pro libovolné reálné číslo x , označíme [x] nejbližší celé číslo menší než x, tedy x splňuje podmínku x – 1 < [x] < x. Příklady: [-3/2] = -2, *√2+ = 1, *1/3+ = 0, [π] = 3 [-π] = 4 Věta: [x] = x právě tehdy, když x je celé číslo. Libovolné reálné číslo lze zapsat ve tvaru x = [x] + θ, kde 0 ≤ θ < 1. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
27
Eulerova funkce (Euler’s Phi-Function) Definice: Pro n 1 (n) označuje počet kladných celých čísel nesoudělných s n a menších nebo rovných než n. Příklad: (30) = 8 {1, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29}, (1) = 1, (2) = 1, (3) = 2, (4) = 2, (5) = 4, (6) = 2, (7) = 6 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
28
Některé vlastnosti funkce Věta: Je-li n prvočíslo, pak každé celé číslo menší než n je nesoudělné s n, tedy (n) = n – 1 Věta: Je-li n > 1 složené, pak má n dělitele d takové, že jsou v intervalu 1 < d < n. To znamená, že nejméně dvě čísla mezi 1, 2, 3, …, n nejsou soudělná s n, totiž d a n, tj. (n) ≤ n – 2 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
29
Některé vlastnosti funkce Věta: Jestliže p je prvočíslo a k > 0, pak (pk) = pk- pk – 1= pk (1 – 1/p) Příklad: (9) = (32) = 32 – 3 = 6 {1, 2, 4, 5, 7, 8} (16) = (24) = 24 – 23 = 16 – 8 = 8 {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15} Věta: Funkce je multiplikativní, tj. (m.n)= (m) . (n), kde m a n jsou nesoudělná. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
30 =
Gaussova věta Pro každé kladné celé číslo n ≤ 1 platí n = ∑d|n (d) (sčítá se přes všechny kladné dělitele d čísla n).
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
31
Příklad • Nechť je n = 10. • Čísla mezi 0 a n rozdělíme do tříd podle d. Je-li d kladný dělitel čísla n, uložíme celé číslo m mezi prvky třídy Sd, jestliže platí nsd(m,n) = d Sd = {m|nsd (m,n) = d, 1 ≤ m ≤ n}. S1 = {1, 3, 7, 9} S2 = {2, 4, 6, 8} S5 = {5} S10 = {10} (10) = 4, (5) = 4, (2) = 1, (1) = 1 ∑d|10 (d) = (10) + (5) + (2) + (1) = 4 + 4 + 1 + 1 = 10 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
32
Teorie kongruencí • • • • •
(The Theory of Congruences) Carl Friedrich Gauss Základní vlastnosti kongruencí Lineární kongruence Čínská věta o zbytcích Kvadratická kongruence ¨
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
33
Základní vlastnosti kongruencí Definice: Nechť n je kladné celé číslo. Dvě čísla a a b jsou kongruentní podle modulu n a b (mod n), jestliže n dělí rozdíl a – b, tedy a – b = kn pro k celé. Kongruence je zobecněná forma ekvivalence. Věta: Nechť n > 1, a,b, c, d jsou libovolná celá čísla. Pak platí a) a a (mod n) b) Je-li a b (mod n), pak b a (mod n) 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
34
Základní vlastnosti kongruencí Věta: c) Je-li a
b (mod n) a b
c (mod n), pak a
c (mod n).
d) a
b (mod n) a c d (mod n), pak a + b c + d (mod n) a ac bd (mod n). e) Je-li a b (mod n), pak a + c b + c (mod n) a ac bc (mod n). f) Je-li a b (mod n), pak ak bk (mod n), pro libovolné kladné k. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
35
Příklad - kongruence • Ukažte, že 41 dělí 2020 – 1 • Začneme tím, že 25 -9 (mod 41), jinak také 220 81 . 81 (mod 41) Ale 81 -1 (mod 41), a tedy 81. 81 1 (mod 41). Podle vlastností kongruence pokračujeme: 220 -1 81 . 81 - 1 1 – 1 0 (mod 41), tedy 41 dělí 2020 – 1. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
36
Příklad - kongruence • Chceme najít zbytek po dělení součtu 1! + 2! + 3! + 4! + … + 99! + 100! číslem 12. • Zahájíme zjištěním, že 4! 24 (mod 12), takže Pro k ≥ 4 platí k! 4! + 5 . 6 … k 0 . 5 . 6 … k 0 (mod 12) Takto dostaneme 1! + 2! + 3! + 4! + … + 99! + 100! 1! + 2! + 3! + 0 + … + 0 9 (mod 12) Odtud součet dává zbytek 9 při dělení 12. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
37
Další vlastnosti • Věta: Je-li ca cb (mod n), pak a c (mod n/d), kde d = nsd (c,n). • Důsledek: Je-li ca cb (mod n) a nsd(c,n) = 1, pak a b (mod n). • Důsledek: Je-li ca cb (mod p), a p nedělí c, kde p je prvočíslo, pak a b (mod p). Důkaz: Podmínky: p nedělí c a p je prvočíslo implikují nsd(c, p) = 1. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
38
Příklady • Uvažujme o kongruenci 33 15 (mod 9), tj. 3. 11 3 . 5 (mod 9). Protože nsd (3, 9) = 3 podle předcházející věty můžeme psát 11 5 (mod 3). • Jinou kongruenci -35 45 (mod 8) můžeme rozložit stejným způsobem na 5 (-7) 5. 9 (mod 8). Čísla 5 a 8 jsou nesoudělná, proto upravíme na -7 9 (mod 8). 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
39
Čínská věta o zbytcích The Chinese Remainder Theorem
Věta: Nechť n1, n2, …, nr kladná celá čísla taková, že nsd (ni, nj) = 1 pro i ≠ j. Pak soustava lineárních kongruencí x a1 (mod n1) x a2 (mod n2) . . . x ar (mod nr) má jedno řešení x modulo n, kde n = n1, n2, …, nr 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
40
Příklad Problém Sun-Tsu (Sun Zi) • Vyřešte soustavu kongruencí x 2 (mod 3) x 3 (mod 5) x 2 (mod 7) Řešení: n = 3. 5. 7 = 105 N1 = n/3 = 35, N2 = n/5 = 21 N3 = n/7 = 15 Sestavíme lineární kongruence: 35x 1 (mod 3), 21x 1 (mod 5), 15x 1 (mod 7), které dávají řešení pro x1 = 2, x2 = 1, x3 = 1 x = 2. 35 . 2 + 3 . 21 . 1 + 2 . 15 . 1 = 233 Mod 105, dostáváme jediné řešení x = 233 23 (mod 105) 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
41
Zákon kvadratické reciprocity (The Quadratic Reciprocity Law) • Eulerovo kriterium (The Euler Criterion) • Legendrův symbol (The Legendre Symbol)
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
42
Kvadratické reziduum • Definice: Nechť p je liché prvočíslo a nsd (a,p) = 1. Má-li kvadratická kongruence x2 a (mod p) řešení x, pak řekneme, že a je kvadratické reziduum čísla p. Jestliže žádné takové x neexistuje, nazývá se a kvadratické nereziduum čísla p. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
43
Příklad kvadratického rezidua pro n=13 Určíme čtverce všech zbytkových tříd (mod 13): 12 122 1 22 112 4 32 102 9 42 9 2 3 52 82 12 62 72 10 Kvadratická rezidua čísla 13 jsou: 1,3,4,9,10,12. Kvadratická nerezidua čísla 13 jsou: 2,5,6,7,8,11. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
44
Eulerovo kriterium Euler’s Criterion Věta: Nechť p je liché prvočíslo a platí nsd(a,p) = 1, pak číslo a je kvadratické reziduum prvočísla p právě tehdy, když a(p-1)/2 1 (mod p)
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
45
Legendrův symbol a jeho vlastnosti • Definice: Nechť p je liché prvočíslo a nechť nsd (a, p) = 1. Legendrův symbol (a/p) je definován takto: 1
je-li a kvadratické reziduum p
(a/p) = -1
1.11.2011
je-li a kvadratické nereziduum p Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
46
Příklady • Příklad: Nechť p = 13. Použijeme-li Legendrův symbol, pak mohou být výsledky zaznamenány takto: 1 = (1/13) = (3/13) = (4/13) = (9/13) = = (10/13) = (12/13) -1 = (2/13) = (5/13) = (6/13) = (7/13) = (8/13) = (11/13)
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
47
Vlastnosti Legendrova symbolu Nechť p je liché prvočíslo a nechť celá čísla a a b jsou nesoudělná s p. Potom (a) Jestliže a b (mod p), pak (a/p)=(b/p). (b) (a2/p) = 1. (c) (a/p) a(p-1)/2 (mod p). (d) (ab/p) = (a/p)(b/p). (e) (1/p) = 1 a (-1/p) = (-1)(p-1)/2.
Příklad: Existuje nějaké řešení kongruence x2 –46 (mod 17) ? (-46/17) = (-1/17) (46/17) = (-1)8 (12/17) = (3.22/17) = = (3/17) (22/17) = (3/17) 38 812 (-4)2 = -1 … NEEX. 8 254 84 642 132 -1 Nebo jinak: (-46/17) = (5/17) 5 1.11.2011 Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze 48
Zákon kvadratické reciprocity Quadratic Reciprocity Law – Theorema aureum Věta: Jsou-li p a q různá lichá čísla, pak (p/q) (q/p) = (-1)(p-1)/2. (q-1)/2
Důsledek: Jsou-li p a q různá lichá čísla, pak (q/p), je-li p 1 (mod 4) nebo q 1 (mod 4) (p/q) = -(q/p), je-li p q 3 (mod 4) 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
49
Příklad Uvažujme o Legendrově symbolu (29/53) Protože 29 1 (mod 4) a 53 1 (mod 4), můžeme upravit (29/53) = (53/29) = (24/29) = (2/29) (3/29) (4/29) = (2/29) (3/29). (2/29) = -1, druhý LS invertujeme (3/29) = (29/3) = (2/3) = -1, dále použijeme kongruenci. 29 2 (mod 3) a dostaneme (29/53) = (2/29) (3/29) = (-1)(-1) = 1. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
50
Pokračování • Zákon kvadratické reciprocity dává odpověď na nalezení prvočísel p ≠ 3, pro něž je 3 kvadrtatické reziduum. Protože 3 3 (mod 4) z důsledku Zákona kvadratické reciprocity plyne: (3/p) = (p/3), je-li p 1 (mod 4), nebo -(p/3), je-li p 3 (mod 4). Dále probereme p 1 (mod 3) nebo p 1 (mod 4). Podle věty o vlastnostech LS platí: (p/3)= 1, je-li p 1 (mod 3), nebo -1 , je-li p 2 (mod 3). 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
51
Pokračování 2 Odtud plyne (3/p) = 1 právě tehdy, když p 1 (mod 4) a p 1 (mod 3) nebo p 3 (mod 4) a p 2 (mod 3).
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
52
Lámejte si hlavu – L11 Najděte všechna řešení kvadratické kongruence x2
196 (mod 1357)
Odpověď zašlete na adresu
[email protected] Předmět: JménoPříjmeníČíslo skupiny-L11 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
53
Výpočet Velikonoc Gaussův algoritmus Pro období 1900 – 2099 volíme konstanty m = 24 a n = 5. Nechť a, b, c, d, e jsou nejmenší nezáporná čísla, která splňují kongruence a r (mod 19), b r (mod 4), c r (mod 7), d (m + 19a) (mod 30), e (n + 2b + 4c + 6d) (mod 19). Pak pro d + e < 10 připadá velikonoční neděle na březnový den, který výpočteme jako (22 + d + e). 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
54
Výpočet Velikonoc 2 • Pro d + e = 35 připadá velikonoční neděle na (d + e – 16) – tý den v dubnu a ve zbývajících případech měsíce dubna na den (d + e – 9). Tento algoritmus má však nejméně dvě výjimky, roky 1954 a 2049, kdy velikonoční neděle nepřipadne na 25. dubna.
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
55
Literatura • Křížek, M. , Somer, L., Šolcová, A.: Kouzlo čísel, ed. Galileo, Academia, Praha 2009 • Burton, D. : Elementary Number Theory, Mc Graw Hill, Boston 2007, 6th Edition • Křížek, M. , Luca, F. , Somer, L.: 17 Lectures on Fermat Numbers, From Number Theory to Geometry,Springer, New York 2001 • Šolcová, A, Křížek, M., Mink, G.: Matematik Pierre Fermat, CEFRES, Praha 2002 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
56
Čísla speciálních tvarů V další přednášce o teorii čísel se budeme zabývat čísly speciálních tvarů a jejich vlastnostmi. 2. května • Mersennova čísla • Fermatova čísla • Dokonalá čísla (Perfect Numbers) • Spřátelená čísla (Amicable Numbers) • Reprezentace přiroz. čísel jako součet čtverců • Fibonacciova čísla atp. 1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
57
Program přednášky
14. 2. - 21. 2. Obecná algebra: grupy, konečné grupy, Cayleyho tabulky, typy grup, permutační, alternující, cyklické, grupy symetrií, normální podgrupy. Homomorfismy. AS (2+4) 28. 2. Konečná tělesa, prvočíselný řád tělesa, okruh a jeho vlastnosti, obor integrity. KK (2) 7. 3. Algebra a algoritmy (algoritmy pro výpočet kořenů polynomů - Newtonova metoda, Lehmerova-Schurova metoda, atd.) AS (4) 14. 3. Vybrané problémy teorie grafů, typy hamiltonovských problémů. Algoritmická teorie grafů. KK (2) 21. 3. Algebraická řešení kombinatorických problémů, Pólyova enumerace. KK (4) 28. 3. Konvexní množiny, konvexní obal, ryze konvexní množina, věta o oddělování konvexních množin, Minkowského věta o projekci. KK (2) 4. 4. Vybrané problémy teorie čísel, kvadratická kongruence, Gaussovy algoritmy. AS (4) 11. 4. Fuzzy matematika (MH 2) 18. 4. Malá Fermatova věta, testování prvočíselnosti, Pépinův test, teorie čísel a geometrie, konstruovatelnost mnohoúhelníků. Rychlé algoritmy: násobení, numerické hledání odmocnin. KK (4) 25. 4. velikonoční pondělí 2. 5. Speciální prvočísla - faktoriální, palindromická, cyklická, Gaussova, Eisensteinova prvočísla. Vlastnosti Fermatových prvočísel, příklady aplikací. AS (2) Konvexní analýza JM (2) 9. 5. Optimalizace MH(2)
1.11.2011
Alena Šolcová, FIT CVUT v Praze
58