Categorie archieven: Getaltheorie

Deelbaarheid door 3, 7, 9 en 11

Geplaatst op door

Iedereen weet dat een getal deelbaar is door 2 als het laatste cijfer, in zijn decimale notatie, even is.  Want een getal n kan je schrijven als n=10k+u, waarbij u het laatste cijfer is in de decimale notatie van n. Het is duidelijk dat 2|n als en slechts als 2|u. Hetzelfde geldt voor 5.

Elk getal n  is te schrijven  als n=100k+u, waarbij u het getal is gevormd door de laatste 2 cijfers van n. Bijgevolg is n deelbaar door 4 of 25 als de laatste 2 cijferss deelbaar zijn door 4 of 25.

Hoe kunnen we nu zien of een getal deelbaar is door 3, 9 of 11? Bekijken we eerst een stelling over congruenties met veeltermen met gehele cëfficiënten:

Stel f(x)=\sum_{k=0}^nc_kx^k met c_i \in \mathbb{Z}. Als a \equiv b mod m, dan is f(a) \equiv f(b) mod m.

Neem nu a=\sum_{k=0}^na_k10^k, de decimale schrijfwijze van het getal a en noteer s=\sum_{k=0}^na_k en t=\sum_{k=0}^n(-1)^ka_k. Het is duidelijk dat a=f(10) met f(x)=\sum_{k=0}^na_kx^k en dat s=f(1). Omdat 10 \equiv 1 mod 9, geldt volgens vorige stelling dat f(10) \equiv f(1) mod 9 of met andere woorden : een getal is deelbaar door 9 als de som van haar cijfers deelbaar is door 9. Analoog voor deelbaarheid door 3. Het bewijs voor deelbaarheid door 11 volgt uit het feit dat 10 \equiv -1 mod 11 en t=f(-1).

Besluit:
Een getal is deelbaar door 3 of 9 als de som van de cijfers van het getal deelbaar is door 3 of 9.
Een getal is deelbaar door 11 als t=\sum_{k=0}^n(-1)^ka_k deelbaar is door 11.

 

Een toemaatje : deelbaarheid door 7: Omdat 10^3 \equiv -1 mod 7 kan je  deelbaarheid door 7 als volgt vinden: Verdeel het getal van rechts naar links in groepjes van 3. Voor zie elk groepje alternerend met een + en – teken. Een getal is deelbaar door 7 las de som van die getallen deelbaar is door 7. Zo is bijvoorbeeld  2 345 678 902 deelbaar door 7 omdat 902 -678 + 345 – 2 = 567 en dat is deelbaar door 7 .

De Euler-phi functie

Geplaatst op door

De Euler-phi functie, ook wel totiënt functie of indicator genoemd, telt het aantal positieve natuurlijke getallen kleiner dan of gelijk aan n, die onderling ondeelbaar zijn met n. Notatie: \varphi(n).

Zo is bijvoorbeeld \varphi(10)=4, want de enige getallen die onderling ondeelbaar zijn met 10 en kleiner zijn dan 10, zijn 1,3,7 en 9.

Enkele eigenschappen:

  • \varphi(1)=1.
  • Als p een priemgetal is dan is \varphi(p)=p-1.
  • Als p een priemgetal is dan is \varphi(p^k)=p^k-p^{k-1}=p^{k-1}(p-1).
  • Als n=p_1^{k_1}.p_2^{k_2}.\cdots.p_r^{k_r} de priemontbinding is van n, dan geldt \varphi(n)=p_1^{k_1-1}(p_1-1)p_2^{k_2-1}(p_2-1)\cdots p_r^{k_r-1}(p_r-1). Dit kan je ook schrijven als :

        \[\varphi(n)= n.\prod_{p|n}(1-\frac{1}{p})\]

    Hierbij doorloopt p alle priemdelers van n.

  • \sum_{d|n}\varphi(d)=n
  • De indicator geeft ook de omvang aan van de multiplicatieve groep van natuurlijke getallen modulo n

De Chinese reststelling

Geplaatst op door

Naast lineaire congruenties , kan je ook werken met stelsels van lineaire congruenties. Zoals bijvoorbeeld:

Volgens de Chinese reststelling geldt dan: Als elke a_i en m_i onderling ondeelbaar zijn en als alle m_i twee aan twee onderling ondeelbaar zijn, dan heeft dit stelsel een unieke oplossing modulo m_1.m_2.\cdots.m_n.

Los op:
\begin{cases} x\equiv 2 \text{ mod }5 \\3x\equiv 1 \text{ mod }8 \end{cases} of  \begin{cases} x\equiv 2 \text{ mod }5 \\x\equiv 3 \text{ mod }8 \end{cases}

Dit betekent dat x=2+5k=3+8l. Dus 5k \equiv 1 \text{ mod } 8 of k \equiv 5 \text{ mod } 8. Hieruit volgt dat k=5+8p en dus is x=2+5(5+8p)=27+40p.

De unieke oplossing van het gegeven stelsel is x=27 \text{ mod } 40.

Lineaire congruenties

Geplaatst op door

Naast lineaire vergelijkingen , kunnen we ook lineaire congruenties bekijken:

    \[ax \equiv b \text{ mod } m \text{ met } a,b,m\in \mathbb{Z}\]

Hier is de vraag of er een gehele x te vinden is zodat  ax-b deelbaar is door m. Het is duidelijk dat als x_0 een oplossing is, dan zijn alle getallen uit de restklasse x_0 \text{ mod } m ook oplossingen. De oplossingsverzameling verandert ook niet als we a en b veranderen in andere getallen uit hun restklasse mod m. Onder een oplossing van een lineaire congruentie verstaat men dus een restklesse mod m.

  • Wanneer is een congruentie oplosbaar?  Dat is zo als en slechts als de grootste gemene deler van a en m een deler is van b. Als a en m onderling ondeelbaar zijn, bestaat het inverse element van a mod m en is dus x=a^{-1}b \text{ mod } m. Als de grootste gemene deler d van a en m niet 1 is , dan delen we eerst door d en dan krijgen we vorige situatie.
  • In het geval dat ggd(a,m) = 1 hebben we een unieke oplossing. Als echter ggd(a,m) = d , dan hebben we d oplossingen. We krijgen immers 1 oplossing mod \frac{m}{d} en deze geeft precies volgende verschillende restklassen mod m: x_0, x_0+\frac{m}{d},x_0+2\frac{m}{d},\cdots, x_0+(d-1)\frac{m}{d}.

Los op : 6x \equiv 8 \text{ mod }10 .

  • Delen door de ggd(6,10) = 2 geeft 3x \equiv 4 \text{ mod } 5 .
  • Omdat 3.2 = 6 \equiv 1 \text{ mod } 5 is 3^{-1} =2
  • En dus is x\equiv 2.4 \equiv 3 \text{ mod } 5.
  • Alle oplossingen zijn dus de restklassen 3 en 8 modulo 10. De oplossingsverzameling is:

        \[\{3+10k, 8+10l \text{ met } k,l\in \mathbb{Z}\}\]

 

Multiplicatieve functies

Geplaatst op door

Een rekenkundige functie is een functie f:\mathbb{N} \longrightarrow \mathbb{C}. Een rekenkundige functie drukt een zekere eigenschap van de natuurlijke getallen uit. Een rekenkundige functie f is  multiplicatief  als voor elk tweetal onderling ondeelbare getallen m en n geldt dat

    \[f(m.n)=f(m).f(n)\]

Omdat elk natuurlijk getal ontbonden kan worden in priemfactoren, is een multiplicatieve functie gekend als je de beelden van de priemfactoren kent.

In volgende tekst worden enkele belangrijke multiplicatieve functies bestudeerd:

  • De functie die het aantal delers van een getal berekent.
  • De functie die de som berekent van alle delers van een getal.
  • De Möbius functie.
  • De Dirichlet functie.
  • De Euler functie die van een getal berekent hoeveel getallen er onderling ondeelbaar zijn met het getal.