Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.4: Цілі числа по модулю m

  • Page ID
    63404
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    У цьому розділі ми постараємося відповісти на питання:

    • Що таке відносини еквівалентності?
    • Що таке конгруентність по модулю\(m\text{?}\)
    • Як арифметика в\(\mathbb{Z}_m\) порівнянні з арифметикою в\(\mathbb{Z}\text{?}\)

    Фундамент для нашого дослідження абстрактної алгебри майже завершений. Нам потрібні основи ще однієї «системи числення», щоб оцінити абстрактний підхід, розроблений в наступних розділах. Для побудови цієї системи числення потрібен короткий огляд відносин та рівнозначності. Нагадаємо, що задані\(T\text{,}\) множини\(S\) і декартовий добуток\(S\) з\(T\text{,}\) позначається\(S\times T\) (\(T\)«\(S\)хрест»), є множиною всіх можливих впорядкованих пар, перший елемент яких від,\(S\) а другий елемент - від\(T\text{.}\) Символічно,

    \ begin {рівняння*} S\ раз T =\ {(s, t): s\ in S,\ t\ in T\}. \ end {рівняння*}

    Визначення: Відносини

    \(S\)Дозволяти бути непорожнім набором. \(R\)Відношення на\(S\) є підмножиною\(S\times S\text{.}\) Якщо\(x,y\in S\) такі, що\((x,y)\in R\text{,}\) ми зазвичай пишемо\(xRy\) і говоримо, що\(x\) і\(y\) пов'язані під \(R\).

    Поняття відношення, представлене вище, надзвичайно відкрите. Будь-яка підмножина впорядкованих пар\(S\times S\) описує відношення на множині\(S\text{.}\) Звичайно, деякі відносини є більш значущими, ніж інші; галузь математики, відома як теорія порядку вивчає відносини порядку (наприклад, знайомі\(\lt\)). Наша увага буде зосереджена на рівнозначності відносин, які виділяють важливі риси\(=\text{.}\)

    Визначення: Співвідношення еквівалентності

    \(S\)Дозволяти бути непорожнім набором. Ми говоримо, що відношення\(\sim\) на\(S\) це відношення еквівалентності, якщо наступні властивості мають:

    • \(\sim\)є рефлексивним: якщо\(a\in S\text{,}\) тоді\(a\sim a\text{.}\)
    • \(\sim\)симетрична: якщо\(a,b\in S\) з\(a\sim b\text{,}\) то\(b\sim a\text{.}\)
    • \(\sim\)є перехідним: якщо\(a,b,c\in S\) з\(a\sim b\) і\(b\sim c\text{,}\) потім\(a\sim c\text{.}\)

    З огляду\(x\in S\text{,}\) на набір

    \ begin {рівняння*}\ оверлайн {x} =\ {y\ in S: x\ sim y\}\ end {рівняння*}

    називається класом еквівалентності \(x\). Будь-який елемент\(z\in \overline{x}\) називається представником класу еквівалентності.

    Активність Template:index

    Доведіть, що «має той же день народження, як» є відношення еквівалентності на\(P\) безлічі всіх людей.

    Дослідження Template:index

    Які ще відносини ви можете придумати? Запишіть один приклад і один неприклад співвідношення еквівалентності.

    Активність Template:index

    Доведіть, що\(\le\) це не еквівалентність відношення на\(\mathbb{Z}\text{.}\)

    Для наших цілей особливо важливим співвідношенням еквівалентності є конгруентність по модулю\(m\) на множині цілих чисел.

    Визначення: є конгруентним до... по модулю

    Нехай\(a,b\in \mathbb{Z}\) і\(m \in \mathbb{N}\text{,}\)\(m > 1\text{.}\) Ми говоримо, \(a\)що конгруентний по \(b\)модулю, \(m\)якщо\(m\mid a-b\text{.}\) ми пишемо\(a \equiv b\mod m\text{.}\)

    Активність Template:index

    Обґрунтуйте наступні конгруенції.

    1. \(\displaystyle 18 \equiv 6\mod 12\)
    2. \(\displaystyle 47 \equiv 8\mod 13\)
    3. \(\displaystyle 71 \equiv 1\mod 5\)
    4. \(\displaystyle 21 \equiv -1 \mod 11\)
    5. \(\displaystyle 24 \equiv 0\mod 6\)
    Теорема Template:index

    Задана ціла\(m > 1\text{,}\) конгруентність по модулю\(m\) є співвідношенням еквівалентності на\(\mathbb{Z}\text{.}\)

    Дослідження Template:index

    Знайти всі класи еквівалентності\(\mathbb{Z}_5\) та\(\mathbb{Z}_7\text{.}\)

    Теорема Template:index

    Нехай\(a,b, c,d\in \mathbb{Z}\) і\(m > 1\) такі, що\(a\equiv c\mod m\) і\(b\equiv d\mod m\text{.}\) тоді\(a+b \equiv c + d \mod m\text{.}\)

    Теорема Template:index

    Нехай\(a,b, c,d\in \mathbb{Z}\) і\(m > 1\) такі, що\(a\equiv c\mod m\) і\(b\equiv d\mod m\text{.}\) тоді\(ab \equiv c d\mod m\text{.}\)

    Визначення: Чітко визначене

    \(S\)Дозволяти множина і відношення\(\sim\) еквівалентності на\(S\text{.}\) Тоді твердження\(P\) про класи еквівалентності\(S\) добре визначено, якщо представник класу еквівалентності не має значення. Тобто, коли\(\overline{x} = \overline{y}\text{,}\)\(P(\overline{x}) = P(\overline{y})\text{.}\)

    Попередні вправи виправдовують наступні визначення.

    Визначення: по модулю

    Нехай\(m > 1\) і\(a,b\in \mathbb{Z}_m\text{.}\) Тоді наведені нижче чітко визначені операції над класами еквівалентності:

    1. Додавання по модулю\(m\):\(\overline{a} + \overline{b} := \overline{a+b}\text{.}\)
    2. Множення по модулю\(m\):\(\overline{a}\cdot \overline{b} := \overline{a\cdot b}\text{.}\)

    Більшість елементарних пропозицій про\(\mathbb{Z}_m\) можна переробити як твердження про\(\mathbb{Z}\text{.}\) Наприклад, доводячи Theorem Template:index ви, швидше за все, довели, що if\(m|a-c\) і\(m|b-d\) що\(m|(a+b)-(c+d)\text{.}\) Однак, коли твердження стають більш складними, багаторазово переформувати заяви про\(Z_m\) як заяви про\(\mathbb{Z}\) стає громіздким і некорисним. Замість цього вам рекомендується стати зручним робити арифметику по модулю\(m\) або, по-іншому, арифметику з класами еквівалентності,\(\mathbb{Z}_m\) як визначено в Definition: Modulo.

    Активність Template:index

    Не переходячи назад,\(\mathbb{Z}\text{,}\) знайти найменший невід'ємний цілий представник результуючих класів еквівалентності.

    1. \(\overline{5}+\overline{11}\)в\(\mathbb{Z}_{9}\)
    2. \(\overline{-3}+\overline{-3}\)в\(\mathbb{Z}_{6}\)
    3. \(\overline{8}\cdot\overline{3}\)в\(\mathbb{Z}_{19}\)
    4. \(\overline{-1}\cdot(\overline{3}+\overline{8})\)в\(\mathbb{Z}_{7}\)
    5. \(\overline{3}\cdot(\overline{5}^2+\overline{3}^3)\)в\(\mathbb{Z}_{20}\)

    В решті частини цього розділу досліджено фундаментальні властивості арифметики в\(\mathbb{Z}_m\text{.}\)

    Дослідження Template:index

    Нехай\(\overline{a},\overline{b},\overline{c}\in \mathbb{Z}_m\) з\(\overline{c}\ne\overline{0}\) і\(m > 1\text{.}\) Якщо\(\overline{a}\cdot \overline{c} = \overline{b}\cdot \overline{c}\text{,}\) це правда, що\(\overline{a} = \overline{b}\text{?}\) Якщо так, довести це. Якщо ні, знайдіть приклад того, коли оператор не вдається провести.

    Теорема Template:index

    \(a,b,c\text{,}\)\(m\)Дозволяти і бути цілими числами з\(m > 1\) і\(\gcd(c,m)=1\text{.}\) тоді є деякі\(x\in \mathbb{Z}\) такі, що\(\overline{c} \overline{x} = \overline{1}\text{.}\)

    Зробіть висновок, що якщо\(\overline{a} \cdot\overline{c} = \overline{b}\cdot\overline{c}\) в\(\mathbb{Z}_m\) цьому\(\overline{a} = \overline{b}\text{.}\)

    Теорема Template:index

    Нехай\(p\in \mathbb{N}\) просте і\(\overline{a},\overline{b},\overline{c}\in \mathbb{Z}_p\) таке, що\(\overline{c}\ne \overline{0}\text{.}\) тоді

    1. є\(\overline{x}\in \mathbb{Z}_p\) такі, що\(\overline{c}\cdot \overline{x} = \overline{1}\text{;}\) і,
    2. якщо\(\overline{a} \cdot\overline{c} = \overline{b}\cdot\overline{c}\text{,}\)\(\overline{a} = \overline{b}\text{.}\)