4.1 G sei Gruppe (mit multiplikativ geschriebener Verknüpfung) und a G. Dann heißt. falls a k 1 G k 1 ord(a) := k 1 a k = 1 G sonst
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- Minna Buchholz
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1 15 Wichtige Sätze ud Defiitioe zu 4: Ds qudrtische Rezirozitätsgesetz us der Vorlesug: LV-NR Verstltug Diskrete Mthemtik II, 4.0 std Dozet Holtkm, R. 4.1 G sei Grue (mit multiliktiv geschriebeer Verküfug ud G. D heißt flls k 1 G k 1 ord( : mi } k 1 k 1 G sost Ordug vo (i G. (Alog für dditiv geschriebee Grue: mi k N k 0} Beisiele (Z/7Z multiliktive Grue bzgl, Elemete 1,, 3 ud 1,, 3. ord ( 1 1, ord( 3, ord ( 3 6, ord ( 1, ord( 6, ord( 3 3 Stz 1 (Elemetordug teilt Grueordug Ist G edliche Grue (#G < so gilt d.h. #G ist Vielfches vo ord (. Weiterhi gilt: We ord( <, so ist Utergrue vo G mit Elemete. ord( #G G : i 0 i < } 4. heißt die vo erzeugte Utergrue. Seziell heißt G zyklisch, we ei existiert mit G (d.h. we ei existiert mit ord( #G. Stz (kleier Fermt N sei Primzhl,. Stz 3 (Zyklizität vo (Z/Z Z/Z 1 1 (we 0, > 1 +1, 1} (we 0, > Primzhl (Z/Z mit ord( 1
2 16 Isbesodere existiert für jedes solche geu ei Isomorhismus (Z/( 1 Z,+ ( (Z/Z, 1 Beisiel Isomorhismus zwische (Z/10Z,+ ud ( (Z/11Z,. 4.3 Für m, N, Z mit ggt (,m 1 heißt ei -ter Potezrest modulo m, flls die Gleichug X mod m i Z lösbr ist. Seziell heißt qudrtischer Rest ( mod m flls X mod m lösbr ist. Aderflls heißt qudrtischer Nichtrest. b Sei > Primzhl, Z, ggt (, 1. D heißt ( : Legedre-Symbol ( ch. 1 flls qudrtischer Rest modulo 1 flls qudrtischer Nichtrest modulo Beisiel ist qudrtischer Rest mod7, de 3 mod 7. ist qudrtischer Nichtrest mod3, de 1 mod 3 ud mod 3. Stz 4 (Recheregel Legedre-Symbol > rim. (i We,b Z, b mod, ggt (, 1 so ist ggt (b, 1 ud ( ( b (ii We,b Z, ggt (, 1, ggt (b, 1 so ist ggt ( b, 1 ud ( ( ( b b (iii We ggt (, 1, π (, ord ( 1 so ist ( 1, ( i ( 1 i für i 1
3 17 (iv We ggt (, 1 ud π (, so ist ( 1 ( 1 1 Übug Ist 1 mod 4 1 ist Qudrt mod. Ist 3 mod 4 1 kei Qudrt mod. Stz 5 (Qudrtisches Rezirozitätsgesetz q seie Primzhle >. D: ( q ( q 1 flls 3 mod 4 ud q 3 mod 4 +1 sost Weiterhi: ( 1 +1 flls 1 mod 4 1 flls 3 mod 4 ( +1 flls ±1 mod 8 1 flls ±3 mod 8 Beisiel (Gußsches Lemm Ist > rim, Z mit ggt (, 1, so sei µ ( die Azhl ller j 1,..., 1 }, dere Produkt mit eie egtive Restklsse im Reräsettesystem 1 } 1,..., vo Z ht. D ist ( ( 1 µ( Beisiel Wieder folgt: ( 1 ( flls ±1 mod 8 1 flls ±3 mod 8 d µ ( 1 # j 1,..., 1 j < 0 } 1. Beisiele ( ( 7 1, ( 17 1, ( 11 1, 5 1, ( 17 ( 31 1, 17 ( 3 1, , ( 3 Für Primzhl der Form 6k + 1: 1.
4 Für Z ud ugerdes N 3 mit e1 1 e... er r, i rim 1 i r, heißt ( 0, flls ggt (, > 1 : ( e1 ( e ( er 1... r, sost cobi-symbol. Bemerkug 4.1 ( M bechte, ( dss ggt (, i 1 i, we ggt (, 1. Ist 1 rim, ggt (, 1, so ist 1 1. Ds cobi-symbol ist lso eie Erweiterug des Legedre-Symbols ud m schreibt meist uch ( ( für. Beisiele ( 15 ( ( , ber ist qudrtischer Nichtrest modulo 15! ( Stz 6 (Recheregel für ds cobi-symbol ud Rezirozitätsgesetz Seie m, N 3 ugerde. D (i,b Z mit b mod ist (ii,b Z gilt: ( ( b ( ( b ( b (iii flls ggt (m, 1 gilt: ( m ( m 1 we m 3 mod 4 +1 sost (iv ( 1 1 (v (vi ( mod mod 4 ( 1 ±1 mod 8 1 ±3 mod 8 Beisiel ggt (17,703 1, ( (
5 19 ( 57 ( ( ( ( ( Beisiel (Solovy-Strsse-Test Gegebe eie (große ugerde Zhl. Der Test stellt etweder fest, dss keie Primzhl ist (diese Atwort ist immer korrekt oder dss ohe Grtie eie Primzhl vorliegt. Im Fll dss keie Primzhl ist, wird die zweite Atwort mit eier Whrscheilichkeit < 1 gegebe, k wählbr. Hierbei wählt k m eie Azhl k > 1 vo Schritte ud eie zufällige Folge 1,..., k vo Zhle mit 1 < i < 1 (für 1 k. Berechet wird i jedem Schritt: Notwedig für Primzhl ist Flls OK, wird berechet i 1 so wird uch och ( i } 1,..., Ist g i : ggt ( i, 1. g i 1 b i : ( 1/ i. b i ±1 berechet. Flls rim, so muss 3. b i mod ( i gelte. Hohe Whrscheilichkeit für Primzhl, we für lle i cheider OK.
6 0 Aufgbe Es sei E 59 (Z/59Z 1,58} 64 ±1 } ud E 59 E ( 59}. M bereche #E 59 ud #E 59. M bechte, dss ist. Es ist E 59 (Z/59Z ud #(Z/59Z 3. Wir zerlege (Z/59Z i U V mit U (Z/59Z 1 mod 59 } ud V (Z/59Z 1 mod 3 } wobei #U ud #V 3. Wir betrchte sttt der Mege (Z/59Z 64 ±1 } die Mege } (b,c U V (b,c 64 ±(1,1 ud bechte, dss die Orduge der Elemete vo U i 1,,11,} liege, währed die vo 1 verschiedee Elemete vo V die Ordug 3 hbe. Es ist lso b 64 ( b 1 1 für lle b U. Dmit uch c 64 1 gilt, ist es otwedig, dss 1 c 64 c 3 3 c 1 c 1, lso dss c 1. Somit folgt } (b,c U V (b,c 64 ±(1,1 (b,c b U, c 1}. Diese Mege ht #U Elemete. Dher ist Weiterhi gilt #E 59 #E 59, d #E ( ( ( 1. 3
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