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整数の性質の基本md 053e330
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整数せいすう性質せいしつ基本きほん

mathalgebranumber-theoryhighschoollecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、整数せいすうあたいだけでなく、整除性せいじょせいあまりに注目ちゅうもくすることの重要性じゅうようせい説明せつめいする。

連続量れんぞくりょうでなくびのあたいしからない整数せいすうには、近似きんじでなく「れるか・あまりがいくつか」という離散的りさんてき情報じょうほう本質ほんしつとしてく。

2用語ようご定義ていぎ

2.1約数やくすうDivisor

babaる)とは、a=bqq整数せいすう)が成立せいりつすることである。このとき ba約数やくすうDivisorという。

やく」の命名めいめいやくは「める・ちぢめる」意味いみaちぢめる因子いんしであることから命名めいめい英語えいご divisor は「るもの」の

2.2倍数ばいすうMultiple

ab倍数ばいすうMultipleとは、ba成立せいりつすることである。

ばい」の命名めいめいばいは「2 ばい・3 ばい」のばい整数倍せいすうばいになっているかず全体ぜんたい集合しゅうごうす。英語えいご multiple は「複数ふくすうの」の

2.3最大公約数さいだいこうやくすうGreatest common divisor

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")](a,b) とは、ab共通きょうつう約数やくすうのうち最大さいだいのものである。

2.4たがいにCoprime

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")](a,b)=1 のとき、abたがいにCoprimeであるという。

」の命名めいめい共通きょうつう因子いんしが「もと(1)」しかない、という英語えいご coprime(co = ともに、prime = )。

2.5素数そすうPrime number

2 以上いじょう整数せいすうで、1 と自分自身じぶんじしんしかせい約数やくすうたないかず素数そすうPrime numberという。

」の命名めいめい因数分解いんすうぶんかい最小単位さいしょうたんいであることから命名めいめい英語えいご prime原初げんしょの)。

3約数やくすう倍数ばいすう対比たいひ

約数やくすうDivisor倍数ばいすうMultiple
定義ていぎbaたす bbaたす a
視点してんaちいさくbおおきく
個数こすう有限ゆうげんa 以下いか無限むげん
れいa=121, 2, 3, 4, 6, 1212, 24, 36, …

4方針ほうしん

整数せいすう問題もんだいでは、まず「なにると整理せいりしやすいか」をめ、あまり・最大公約数さいだいこうやくすう素因数分解そいんすうぶんかいのどれでめるかを判断はんだんする。

5厳密げんみつ説明せつめい

5.11. あまりでる(偶奇ぐうき

整数せいすう n を 2 でるとあまりは 0 か 1 である:

n=2kまたはn=2k+1

これが偶数ぐうすう奇数きすう基本形きほんけいである。n2偶数ぐうすうなら n偶数ぐうすうn2奇数きすうなら n奇数きすう—これは対偶たいぐうとして頻出ひんしゅつ

5.22. 倍数ばいすう判定はんてい整理せいり

整数せいすう条件じょうけん理由りゆう
2 の倍数ばいすう末尾まつびけた偶数ぐうすう10k0[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]2
3 の倍数ばいすう各桁かくけたが 3 の倍数ばいすう101[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]3
9 の倍数ばいすう各桁かくけたが 9 の倍数ばいすう101[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]9
5 の倍数ばいすう末尾まつびが 0 か 510k0[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]5
11 の倍数ばいすうけた交互和こうごわが 11 の倍数ばいすう10-1[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]11

5.33. 最大公約数さいだいこうやくすう最小公倍数さいしょうこうばいすう

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")](a,b)·lcm(a,b)=ab(a,b>0)

これは素因数分解そいんすうぶんかい指数しすうmin(gcd)と max(lcm)で処理しょりすることから直接ちょくせつみちびかれる。

5.44. 素因数分解そいんすうぶんかい一意性いちいせい算術さんじゅつ基本定理きほんていり

2 以上いじょう任意にんい整数せいすうは、素数そすうせきとして本質的ほんしつてき一意いちい分解ぶんかいできる:

n=p1e1p2e2pkek(p1<p2<<pkが素数)

一意性いちいせい保証ほしょうがなければ「因数分解いんすうぶんかいする」という操作そうさ意味いみうしなう。

5.55. たがいに性質せいしつ

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")](a,b)=1 のとき:

  • gcd(a,b)=1 かつ abcac(Euclid の補題ほだい
  • ax+by=1一次いちじ不定方程式ふていほうていしきかい存在そんざい
  • abc(acかつbc)

5.66. 合同式ごうどうしき

a-bn倍数ばいすうなら、abnったあまりがおなじである。この「あまりがおなじ」という同値関係どうちかんけいから

ab[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"pmod\")")]n

という記法きほうまれ、整数せいすうあまりごとのかたまり剰余じょうよるい)として代数的だいすうてきあつかえる。

6見分みわかた

  • 偶奇ぐうきからむ → 2k, 2k+1こころみる
  • れるかが主題しゅだいあまりか約数やくすう整理せいり
  • たがいに公約数こうやくすうる → [PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")]かんがあまりへとす
  • あまりだけが重要じゅうよう合同式ごうどうしき移行いこう

7どこまで成立せいりつするか

素因数分解そいんすうぶんかい一意性いちいせい自然数しぜんすう(および整数せいすう)の世界せかいでの事実じじつであり、ガウス整数せいすうa+bi)のような拡張かくちょうでは一意性いちいせいたもたれるか別途べっと確認かくにん必要ひつようになる。

8最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n=2kまたはn=2k+1
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")][PARSE ERROR: Undefined("Command(\"gcd\")")](a,b)·lcm(a,b)=ab
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]n=p1e1pkek

一意いちい分解ぶんかい

9一言ひとことでいうと

整数せいすうでは「なにると整理せいりしやすいか」を最初さいしょめることがかぎあまり・最大公約数さいだいこうやくすう素因数分解そいんすうぶんかいみっつの視点してんすべての基盤きばんとなる。

10関連かんれんリンク

data/lecture/math/algebra/congruences-and-remainders.lecture.n.md data/lecture/math/algebra/euclidean-algorithm-and-linear-diophantine-equations.lecture.n.md data/lecture/math/abstract-algebra/congruences-and-modular-arithmetic.lecture.n.md data/lecture/math/number-theory/number-theory-portal.lecture.n.md

11演習えんしゅうリンク

data/exercise/math/algebra/integer-properties-and-prime-factorization.exercise.n.md

12定石じょうせきリンク

data/reference/math/algebra/divisor-and-prime-factorization-techniques.reference.n.md
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