384 = = = =

Ähnliche Dokumente
Einführung in Algebra und Zahlentheorie Lösungsvorschlag zur Klausur am 16. Februar 2016

Einführung in Algebra und Zahlentheorie Lösungsvorschläge zur Klausur vom Aufgabe 1 (6 Punkte)

Lösungen zur Algebra-Klausur vom Es sei G eine Gruppe, die von je einem Element der Ordnung 7, 11 und 13 erzeugt wird.

(M1) x N : m(x,1) = x. (M2) x, y N : m(x, y ) = s(m(x, y), x)

Lösungsvorschlag zur Nachklausur. Zeigen Sie die folgenden voneinander unabhängigen Aussagen:

Probeklausur - eine Lösung

χ a : N + {0, 1, 1} {( a χ a (n) = χ a (n ). ψ(mn) < ψ(m)ψ(n).

Prof. Dr. H. Brenner Osnabrück SS Zahlentheorie. Vorlesung 4. Die Restklassenringe Z/(n)

c) In wieviele Primfaktoren zerfällt das Ideal (5) darin? Geben Sie die zugehörigen Verzweigungsindizes

Kapitel 6: Das quadratische Reziprozitätsgesetz

3-1 Elementare Zahlentheorie

Einführung in Algebra und Zahlentheorie

ggt mit Euklid Satz: Um ggt(k, l) mit dem Euklidischen Algorithmus zu berechnen, braucht man höchstens log Φ k < 3 2 log 2 k rekursive Aufrufe.

11. Übung zur Vorlesung. Zahlentheorie. im Wintersemester 2015/16

15 Grundlagen der Idealtheorie

Seminar zum Thema Kryptographie

Lösungsvorschläge zu den Aufgaben auf Übungsblatt 07. x Dy y x

Klausur zur Vorlesung

3. Ringtheorie. 3.1 Definition, Ideale, Kongruenzen

Kongruenz ist Äquivalenzrelation

5-1 Elementare Zahlentheorie

Seminar zur Zahlentheorie Spezialfälle des Satzes von Fermat

7. Kongruenzrechnung Definition: Proposition: Korollar: Beispiel: b ( a kongruent b modulo n ) auf Z, definiert durch:

Probabilistische Primzahltests

Kongruenzen und Restklassenringe. 2. Kongruenzen und Restklassenringe

Der Drei-Quadrate-Satz von Gauß

Die Ringe Z n. Invertierbare Elemente ( Einheiten ) für n > 0 wird auf Z n = {0, 1, 2,..., n 1} definiert: n : Z n Z n Z n : (a, b) (a b) mod n

Lösungen - Serie 4 zu den Übungsaufgaben zur Vorlesung Algebraische Zahlentheorie

Armin Leutbecher. Zahlentheorie. Eine Einführung in die Algebra. Mit 9 Abbildungen, 6 Tabellen und 1 Falttafel. SJ Springer

9. Primitivwurzeln. O. Forster: Einführung in die Zahlentheorie

Zahlentheorie. Vorlesung 14. Fermatsche Primzahlen

Übungen zu Zahlentheorie für TM, SS 2013

Musterlösung zur Probeklausur zur Angewandten Diskreten Mathematik

Algebra und Diskrete Mathematik, PS3. Sommersemester Prüfungsfragen

4. Norm-euklidische quadratische Zahlkörper

Kapitel 3: Die Sätze von Euler, Fermat und Wilson. 8 Der Satz von Euler

Klausur Grundlagen der Algebra und Computeralgebra

MUSTERLÖSUNG KLAUSUR ZUR ALGEBRA I. Prof. Dr. Daniel Plaumann Konstantinos Lentzos Wintersemester 2016/ Februar Nachname: Vorname:

5 Grundlagen der Zahlentheorie

Algebra. 1 = a u + b,

Lineare Algebra I 5. Tutorium Die Restklassenringe /n

Kapitel 2. Ganze Zahlen. 2.1 Teilbarkeit

Definition 153 Sei n eine fest gewählte ganze Zahl 0. Für jedes l Z heißt die Menge

1. Eine funktionentheoretische Sichtweise der ganzen und der rationalen Zahlen

KLAUSUR ZUR ALGEBRA UND ZAHLENTHEORIE. 15. Februar 2017 MUSTERLÖSUNG. Aufgabe Summe. Allgemeine Hinweise

Elemente der Algebra

Ältere Aufgaben (bis 1998)

Ganzzahlige Division mit Rest

Bemerkungen. Gilt m [l] n, so schreibt man auch m l mod n oder m = l mod n und spricht. m kongruent l modulo n.

Algebraische Zahlentheorie. Teil II. Die Diskriminante.

Algebraische Strukturen. Idee. Gruppen, Ringe, Körper... (Teschl/Teschl Abschnitt 3.2, siehe auch Kap. 4)

Lineare Algebra II Lösungen zu ausgewählten Aufgaben

UNTERLAGEN ZUR TEILBARKEIT IN KOMMUTATIVEN RINGEN

Prof. M. Eisermann Algebra SoSe 2010

Das Quadratische Reziprozitätsgesetz. Stefanie Beule Sebastian Schrage

Seminarvortrag aus Reiner Mathematik Zweierpotenzen als Moduln und Satz von Wilson

Seminararbeit zur Zahlentheorie. Die Gaußschen Zahlen

Diskrete Strukturen. Restklassenringe WS 2013/2014. Vorlesung vom 24. Jänner 2014

Kapitel III Ringe und Körper

Folien der 13. Vorlesungswoche

. Dann hat die Gleichung [X 2 ] p k = [a] p k in ( Z/p k Z )

1 Zahlentheorie. 1.1 Kongruenzen

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Algebra und Geometrie

1.1.1 Konstruktion der ganzen Zahlen, Vertretersystem (nicht-negative und negative ganze Zahlen)

Zahlentheorie. Prof. Dr. Holger Brenner Universität Osnabrück Fachbereich Mathematik/Informatik

Übungsblatt 2: Ringe und Körper

Ringe. Kapitel Einheiten

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kap. 4: Zahlentheorie

Inhaltsverzeichnis Vorlesung Zahlentheorie

Einführung in die Algebra

Minkowski-Theorie & die Klassenzahl

3-9 Elementare Zahlentheorie

Euklidische Algorithmus, Restklassenringe (Z m,, )

Mathematische Grundlagen der Kryptografie (1321)SoSe 06

(a) Welche der folgenden Gruppen hat 24 Elemente? D 6 GL 2 (F 2 ) X Die Tetraedergruppe. (b) Welche der folgenden Aussagen ist wahr?

6-1 Elementare Zahlentheorie Zahlen, die sich als Summe zweier Quadrate schreiben lassen.

Elliptische Kurven in der Kryptographie, Teil III. 1 Supersingularität

WIEDERHOLUNG (BIS ZU BLATT 7)

Mersennesche Primzahlen

(c) x = a 2 b = ( ) ( ) = Anzahl der Teiler von x: τ(x) = (1 + 1) (3 + 1) (1 + 1) (7 + 1) = 128

Algebra & Zahlentheorie. Letztes Tutorium. David Müßig. muessig[at]mi.fu-berlin.de WiSe 12/13

INHALTSVERZEICHNIS XII

Einführung in die Zahlentheorie

Einführung in die algebraische Zahlentheorie

ALGEBRA I Serie 7. z 2 z 1 mit z1, z 2 C. Zeigen Sie, daß

Man schreibt auch a b statt a + ( b). Beispiel A = {0,1,2,3} als abelsche Gruppe

Mathematik I für Studierende der Informatik und Wirtschaftsinformatik (Diskrete Mathematik) im Wintersemester 2015/16

Seminararbeit Zahlentheorie. Gitter und der Minkowskische Gitterpunktsatz

Zusatztutorium,

Algebra I Klausur 2. Ich gestatte die Veröffentlichung meines Klausurergebnisses unter Angabe meiner Matrikelnummer

Der chinesische Restsatz mit Anwendung

Lösungen - Serie 1 zu den Übungsaufgaben zur Vorlesung Algebraische Zahlentheorie

3.5 Ringe und Körper. Diese Eigenschaften kann man nun auch. 1. (R, +) ist eine kommutative Gruppe. 2. Es gilt das Assoziativgesetz bezüglich.

Halbgruppen, Gruppen, Ringe

Der Lucas Lehmer Test

Lösungen der Aufgaben

VORLESUNGEN ÜBER ZAHLENTHEORIE

für alle a, b, x, y R.

Klausur zur Elementaren Algebra und Zahlentheorie Mittwoch,

Einführung in die Algebra Blatt 1 Abgabe

Transkript:

Aufgabe 1 (a) Sei n N. Charakterisieren Sie die Einheiten im Ring Z/nZ auf zwei verschiedene Arten. (b) Bestimmen Sie das inverse Element zur Restklasse von 119 in der Einheitengruppe von Z/384Z. (a) Die Einheiten in einem Ring sind die bezüglich der Multiplikation invertierbaren Elemente. Im Restklassenring Z/nZ gilt für die Einheitengruppe gerade (Z/nZ) = {a + nz Z/nZ ggt(a, n) = 1}. (b) Da 119 teilerfremd zu 384 ist, kann mithilfe des euklidischen Algorithmus die 1 als Z - Linearkombination dargestellt werden. 384 = 3 119 + 27 119 = 4 27 + 11 27 = 2 11 + 5 11 = 2 5 + 1 Durch Zurückrechnen folgt 1 = 71 119 22 384, und daher gilt 71 119 1 mod 384. Die Restklasse von 71 ist demnach das inverse Element zur Restklasse von 119.

Aufgabe 2 (a) Sei N N kein Vielfaches von 7. Wieso gibt es eine Zahl d, die kongruent 1 modulo N und kongruent 2 modulo 7 ist? (b) Zeigen Sie, dass es unendlich viele Primzahlen gibt, die nicht kongruent ±1 modulo 7 sind. Hinweis: Den Primzahlsatz von Dirichlet dürfen Sie hier nicht verwenden. (a) Da N und 7 teilerfremd sind, gilt nach dem chinesischen Restsatz Z/NZ Z/7Z = Z/(N 7)Z. Das Element (1+NZ, 2+7Z) wird unter dem Isomorphismus aus der Vorlesung dann auf ein Element x + N 7Z abgebildet, welches diese beiden Kongruenzen erfüllt. (b) Es seien p 1,..., p k P Primzahlen ungleich 7, die nicht kongruent ±1 modulo 7 sind. Setze k N := p i. Dann ist N kein Vielfaches von 7. Nach dem a)-teil gibt es ein x N, das kongruent 1 modulo N und kongruent 2 modulo 7 ist. Da x 1 mod N ist, sind x und N teilerfremd. Da x nicht kongruent ±1, modulo 7 ist, muss es mindestens einen Primteiler geben, der nicht kongruent ±1, modulo 7 ist. Dieser ist wegen der Teilerfremdheit keine der vorgegebenen Primzahlen p 1,..., p k, und folglich gibt es auch eine (k + 1) te Primzahl ungleich 7, die modulo 7 nicht ±1 ist. i=1

Aufgabe 3 Sei U die von {( 57 9 ) ( 83 ) ( 12 )},, 6 5 erzeugte Untergruppe in Z 3. (a) Bestimmen Sie die Elementarteiler e 1, e 2, e 3 von U in Z 3. (b) Bestimmen Sie eine Basis {b 1, b 2, b 3 } von Z 3, so dass {e 1 b 1, e 2 b 2, e 3 b 3 } eine Basis von U ist. (c) Welchen Index hat U in Z 3? 1 Der Vektor c 1 := 2 hat Inhalt 1 und ist daher ideal als erster Basisvektor geeignet. 5 Komplementär zu der von ihm aufgespannten Untergruppe von U ist die Gruppe aller Elemente, deren erste Komponente ist ( w = (1 ) in der Vorlesung). Sie wird erzeugt von 3 und 13. 16 34 Beide Vektoren haben Inhalt 1, aber leichter zu rechnen ist es, wenn wir den zweiten abändern, indem wir 4 mal den ersten abziehen. Das gibt c 2 := 1 3 als zweiten Basisvektor. Schlieÿlich ist c 3 := 3 3b 2 = 16 16 ein dritter Basisvektor für U. Die Vektoren b 1 := c 1, b 2 := c 2, b 3 := 1 16 c 3 bilden oensichtlich eine Basis von Z 3, und es folgt e 1 = 1, e 2 = 1, e 3 = 16. (NB: Man rechnet nach, dass die Determinante der Matrix, die aus den gegebenen Erzeugern von U besteht, 16 ist. Sie ist das Produkt der Elementarteiler von U, und da diese sich in aufsteigender Reihenfolge teilen, 16 jedoch quadratfrei ist, müssen die ersten beiden Elementarteiler tatsächlich 1 sein, und der letzte daher 16.) Die Vektoren ab 3, a 15, a Z, bilden oensichtlich ein Repräsentantensystem von Z 3 /U, und der Index von U ist daher 16.

Aufgabe 4 Sei R = Z[ 1] der Ganzheitsring in Q( 1). (a) In wieviel Primidealen in R liegen jeweils die Zahlen 3, 5, 7? Geben Sie jeweils eine Z -Basis an. (b) Welches der Primideale aus a) ist ein Hauptideal? Bestimmen Sie ein primitives Element des Restklassenkörpers von R nach diesem Ideal. (a) Das Minimalpolynom von ω 1 = 1 über Z ist M := X 2 + 1. Dies hat keine Nullstelle in F 3, die doppelte Nullstelle in F 5, und zwei verschiedene Nullstellen in F 7, nämlich ±2. Entsprechend gibt es genau ein Primideal, das 3 enthält, es hat Index 9 und ist das Hauptideal 3R mit der Basis {3, 3 1}. Es gibt genau ein Primideal, das 5 enthält, es hat Index 5 und als Z -Basis zum Beispiel {5, 1}. Es gibt zwei Primideale, die 7 enthalten. Sie haben beide Index 7 in R und als Z -Basis zum Beispiel {7, 1 2} bzw. {7, 1 + 2}. (b) Das Primideal 3R ist ein Hauptideal, die drei anderen nicht, denn die Normen 5 bzw. 7 dieser Primideale sind keine Normen von Elementen aus R. Denn: Die Norm von a + b 1 ist a 2 + 1b 2, und diese ist > 7 für Z b und weder 5 noch 7, wenn b =. Also ist genau das Ideal 3R ein Hauptideal, es hat als Restklassenkörper den Körper mit 9 Elementen. Ein primitives Element davon ist eine Einheit der Ordnung 8, also jedes Element, das keine Nullstelle von T 4 1 ist. Da ±1 und ± 1 die 4 Nullstellen dieses Polynoms in R/3R repräsentieren, hat zum Beispiel die Restklasse von 1+1 Ordnung 8 und ist damit ein primitives Element.

Aufgabe 5 Zeigen Sie, dass höchstens zwei verschiedene Primteiler hat. Ist a eine Primzahl? a = 3 6 + 3 5 + 3 4 + 3 3 + 3 2 + 3 + 1 Es ist a = 37 1 3 1 = 193 = Φ 7(3). Weiter ist a = 7 + 35 + 42 + 1 1 (mod 7). Wenn p ein Primteiler von a ist, dann ist er also von 7 verschieden. In in F p ist die Restklasse von 3 ein Element der Ordnung 7, und der Satz von Lagrange impliziert, dass p modulo 7 zu 1 kongruent ist. Wenn p nicht gröÿer als a ist, dann ist p < 193 < 16 = 4. Es gibt genau eine Primzahl kleiner als 4, die bei Division durch 7 Rest 1 lässt, nämlich 29. Da es auch höchstens einen Primteiler von a geben kann, der gröÿer ist als a, gibt es insgesamt höchstens 2 verschiedene Primteiler. Modulo 29 ist a 1 + 3 + 9 2 6 18 + 4 = 9, also ist 29 kein Primteiler von a. Es gibt also keinen Primteiler von a, der kleiner als a ist. Das zeigt, dass a tatsächlich prim ist.

Aufgabe 6 Sei p 1 (mod 6) eine Primzahl. Zeigen Sie: (a) Es existiert ein u Z mit u 2 3 (mod p). (b) Sei v u 1 (mod p) und Γ das von ( 1 v ), ( p ) aufgespannte Gitter. Dann existiert ein ( ) ( x y ) Γ mit < x 2 + 3y 2 < 3p. Hinweis: Das Volumen der Ellipse {( x y ) R 2 ax 2 + by 2 r 2 } ist π r 2 a b. (c) Für den Gitterpunkt aus b) gilt x 2 + 3y 2 = p. (a) Wir benutzen das Legendre-Symbol. Es gilt aufgrund des quadratischen Reziprozitätsgesetzes und seiner Ergänzungen ( ) 3 = p ( ) 1 p ( ) 3 ( = ( 1) p 1 2 ( 1) p 1 2 3 1 p 2 = (( 1) p 3) p 1 2 )2 1 = 1. Dabei ist natürlich ( p 3) = ( 1 3) = 1 aufgrund der Kongruenzbedingung an p. Damit gibt es tatsächlich ein u, sodass u 2 + 3 durch p teilbar ist. (b) Das Kovolumen des Gitters ist gleich der Determinante der Matrix ( 1 v p), also p. Es sei ( ) x K = { x 2 + 3y 2 3p ε} y für ein sehr kleines, positives ε. K ist zentralsymmetrisch, konvex und hat nach der geschenkten Volumenformel den Flächeninhalt π(3p ε) 3 = p π 3 επ 3 > 4p für hinreichend kleines ε. (NB: π 3 > 3, 1 1, 7 = 5, 27. ) Es folgt die Behauptung mit dem Minkowskischen Gitterpunktsatz. (c) Für den Gitterpunkt ( x y) Γ Z 2 aus Teil b) ist < x 2 + 3y 2 < 3p, und aufgrund der Konstruktion von Γ gibt es z Z mit Daher ist ( ) x y = ( ) x. xv + pz x 2 + 3y 2 = x 2 + 3(xv + zp) 2 = (1 + 3v 2 )x 2 + 3(2xvz + z 2 p) p. Nach Konstruktion von v ist auch der erste Summand durch p teilbar, und damit die Zahl x 2 + 3y 2. Da sie kleiner ist als 3p ist sie p oder 2p. Wäre sie aber 2p, so folgte wegen p 1 (mod 3) dass 2 in F 3 ein Quadrat ist das ist nicht der Fall! Also bleibt nur die Möglichkeit x 2 + 3y 2 = p.