Hoofdstuk 12. Sommen van kwadraten Sommen van twee kwadraten
|
|
- Samuël Lenaerts
- 8 jaren geleden
- Aantal bezoeken:
Transcriptie
1 Hoofdstuk 12 Sommen van kwadraten 12.1 Sommen van twee kwadraten In Hoofdstuk 11 hebben we gezien dat als p een oneven priemdeler van a 2 + b 2 is, en p deelt niet zowel a als b, dan is p gelijk aan 1 modulo 4. De reden is simpel, er geldt dat a 2 b 2 (mod p). Het getal b kan niet deelbaar door p zijn, anders zou a dat ook zijn. Vermenigvuldig nu aan beide zijden met de inverse van b 2 (mod p) en we zien dat (ab 1 ) 2 1 (mod p). Met andere woorden, 1 is kwadraatrest modulo p en dus p 1 (mod 4). Verder experimenteren brengt aan het licht dat ieder priemgetal, gelijk aan 1 modulo 4, geschreven kan worden als som van twee kwadraten. Dat een getal als som van twee kwadraten geschreven kan worden is niet vanzelfsprekend. Bij een getal dat 3 (mod 4) is kan dat bijvoorbeeld niet. Daarentegen bleek dat wel elk getal getal te schrijven is als som van vier kwadraten. Dit was reeds in de oudheid geconstateerd, maar pas in 1770 voor het eerst door Lagrange bewezen werd. We merken hierbij op dat 0 2 in ons verhaal ook als kwadraat gezien wordt. Problemen van deze soort vormen de inhoud van dit hoofdstuk. Allereerst behandelen we sommen van twee kwadraten. Stelling (Fermat) Zij p een priemgetal zó dat p 1 (mod 4). Dan zijn er a, b Z zó dat p = a 2 + b 2. Voor deze stelling zijn een groot aantal bewijzen in omloop. We geven hier een iets minder gangbare die gebruik maakt van het zogenaamde hokjesprincipe of ladenprincipe. Dit principe zegt dat als we M + 1 voorwerpen verdelen over hoogstens M hokjes, minstens één van die hokjes twee of meer voorwerpen zal bevatten. Een iets andere formulering, die wij zullen gebruiken, zegt dat als we M + 1 getallen verdelen over een gesloten interval ter lengte L, er minstens twee getallen op afstand L/M van elkaar komen te liggen. De hokjes die we in dit geval gebruiken zijn M intervallen, elk van lengte L/M. Allereerst, klopt de stelling voor p = 5 want 5 = We nemen nu aan dat p
2 104 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN Omdat p 1 (mod 4) bestaat er een getal x 0 zó dat x (mod p). Beschouw nu de verzameling {ax 0 (mod p) a = 0, 1, 2,..., [ p]} waarin we de resten ax 0 (mod p) in het interval [0, p 1] gelegd denken. We hebben [ p] + 1 resten in dit interval. Dat betekent volgens het hokjesprincipe dat er a 1, a 2 zijn met 0 a 1 < a 2 [ p] en afstand tussen a 2 x 0 (mod p) en a 1 x 0 (mod p) kleiner of gelijk aan (p 1)/[ p] < (p 1)/( p 1) = p + 1. Stel α = a 2 a 1. Dan geldt 0 < α < p en de restklasse αx 0 (mod p) bevat een element dat tussen p 1 en p + 1 ligt. Noem dit element β. Dan geldt, α 2 + β 2 α 2 + (αx 0 ) 2 α 2 (1 + x 2 0) 0 (mod p) Met andere woorden, α 2 + β 2 is deelbaar door p. Anderzijds weten we dat α < p en β < p + 1. Dus α 2 + β 2 < 2p + 2 p + 1 < 3p. De laatste ongelijkheid geldt omdat p 13. De enige veelvouden van p kleiner dan 3p zijn p en 2p. Dus ofwel α 2 + β 2 = p, in welk geval we klaar zijn, ofwel α 2 + β 2 = 2p. Echter in het laatste geval moeten α, β beiden even of beiden oneven zijn. Maar dan zijn ook (α + β)/2 en (α β)/2 geheel en er geldt ((α + β)/2) 2 + ((α β)/2) 2 = (α 2 + β 2 )/2 = p. Dus ook in dit geval is p som van twee kwadraten. Het is zelfs mogelijk om precies te zeggen op hoeveel manieren een getal geschreven kan worden als som van twee kwadraten. We zullen hier niet al te diep op ingaan maar wel de stelling vermelden. Stelling Zij n N en r 2 (n) het aantal oplossingen x, y Z van n = x 2 + y De funktie r 2 (n)/4 is multiplikatief, dat wil zeggen als ggd(m, n) = 1 dan geldt r 2 (mn)/4 = (r 2 (m)/4)(r 2 (n)/4). 2. Zij p priem en k N. Dan geldt, r 2 (p k ) 4 k + 1 als p 1 (mod 4) 0 als p 3 (mod 4), k oneven = 1 als p 3 (mod 4), k even 1 als p = 2
3 12.1. SOMMEN VAN TWEE KWADRATEN 105 Allereerst zien we dat r 2 (n) altijd deelbaar door vier is. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat oplossingen altijd in viertallen voorkomen. Naast elke oplossing (x, y) van n = x 2 + y 2 hebben we namelijk ook de oplossingen ( x, y), ( y, x) en (y, x). We laten het aan de lezer over om na te gaan dat dit inderdaad vier verschillende oplossingen zijn, mits n 0. Uiteraard hebben we ook nog de oplossingen (y, x), ( y, x), ( x, y), (x, y) maar deze zijn niet noodzakelijk verschillend van (x, y). De genoemde acht oplossingen zijn echt verschillend als xy 0 en x y. Als n dus geen kwadraat en niet tweemaal een kwadraat, dan komen de oplossingen van n = x 2 + y 2 in 8-tallen voor. Teneinde bovenstaande stelling iets beter te begrijpen, zullen we laten zien hoe we alle oplossingen van de vergelijking n = x 2 + y 2 kunnen vinden voor gegeven n. Hiertoe maken we, met excuus aan degenen die er niet bekend mee zijn, gebruik van de complexe getallen a + bi met i 2 = 1. In het bijzonder gebruiken we de gehele getallen van Gauss, dat zijn complexe getallen waarvan reëel en imaginair deel geheel zijn. De belangrijke opmerking die we willen maken is dat n = x 2 + y 2 op hetzelfde neerkomt als n = (x + yi)(x yi). Met andere woorden, elke schrijfwijze van n als som van twee gehele kwadraten is hetzelfde als n schrijven als product van een getal van Gauss met zijn geconjugeerde. We beperken onze uitleg tot een voorbeeld, n = De priemontbinding ziet eruit als n = Volgens onze stelling geldt r 2 (n) 4 = r 2(3 2 ) 4 r 2 (5 2 ) 4 r 2 (541) r 2 (829) = Dus r 2 (n) = 48. Boven merkten we al op dat als n = a 2 +b 2, dan ook n = (±a) 2 + (±b) 2 = (±b) 2 + (±a) 2. Omdat 48 geen kwadraat of tweemaal een kwadraat is, zijn deze acht oplossingen ook verschillend. Onder elk achttal oplossingen a, b komt er één voor met a > b > 0. Onder deze voorwaarde verwachten we nu 48/8 = 6 wezenlijk verschillende oplossingen. Eerst pakken we de factor 3 aan. Omdat 3 een deler is van n = a 2 + b 2 en 3 1 (mod 4) geldt dat 3 een deler is van a en b. Dus n/9 = (a/3) 2 + (b/3) 2. Het is dus voldoende om m = n/9 = als som van twee kwadraten te schrijven. We gebruiken hiertoe de gehele getallen van gauss. Merk op dat Dus 5 = = (1 + 2i)(1 2i) 541 = = ( i)(21 10i) 829 = = ( i)(27 10i) m = (1 + 2i) 2 (1 2i) 2 ( i)(21 10i) ( i)(27 10i). Van elk paar geconjugeerde factoren in dit product kiezen we er één uit. Bijvoorbeeld (1 + 2i) 2 ( i)( i) = i
4 106 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN De overige factoren geven uiteraard de complex geconjugeerde, En dus, (1 2i) 2 (21 10i)(27 10i) = i. m = ( i)( i) = De lijstje mogelijkheden om complexe factoren van m te kiezen luidt, (1 + 2i) 2 ( i)( i) = i (1 + 2i)(1 2i)( i)( i) = i (1 2i) 2 ( i)( i) = i (1 + 2i) 2 (21 10i)( i) = i (1 + 2i)(1 2i)(21 10i)( i) = i (1 2i) 2 (21 10i)( i) = i en een even grote lijst van alle complex geconjugeerde produkten. We schrijven deze echter niet op omdat ze dezelfde sommen van kwadraten opleveren. We vinden dus uiteindelijk, m = = = = = = = De oplossing van n = 9m = = x 2 + y 2 volgt door bovenstaande sommen aan beide zijden met 3 2 te vermenigvuldigen. Samenvattend kunnen we zeggen dat we het probleem om n = x 2 + y 2 hebben teruggebracht tot de problemen om n in priemfactoren te ontbinden en om een priemgetal te schrijven als som van twee kwadraten. Het probleem om een getal in factoren te ontbinden staat, voor zeer grote getallen, als uiterst moeilijk bekend. Voor het probleem om een priemgetal als som van twee kwadraten te schrijven is er daarentegen een zeer snel algoritme beschikbaar in de vorm van Cornacchia s algoritme. Zie hiervoor Stelling Tenslotte vermelden we nog een heel aardige formule die afgeleid kan worden als men wat van reductie van kwadratische vormen weet, Stelling (Jacobi, 1828) Voor elke n N geldt, r 2 (n) = 4 ( 1) d 1 2. d n,d oneven 12.2 Sommen van vier kwadraten Het verschijnsel dat elk natuurlijk getal geschreven kan worden als som van vier kwadraten (waarbij 0 2 ook als kwadraat gezien wordt) is vaak opgemerkt in de geschiedenis van de getaltheorie. Maar pas in 1770 kwam Lagrange met een goed bewijs ervoor.
5 12.2. SOMMEN VAN VIER KWADRATEN 107 Stelling (Lagrange, 1770) Elk natuurlijk getal kan geschreven worden als som van vier kwadraten. Hierbij wordt 0 2 ook als kwadraat gezien. Voor het bewijs gebruiken we de volgende opmerkelijke identiteit van Euler die zegt dat (a 2 + b 2 + c 2 + d 2 )(a 2 + b 2 + c 2 + d 2 ) gelijk is aan (aa + bb + cc + dd ) 2 + (ab ba + cd dc ) 2 + +(ac bd ca + db ) 2 + (ad + bc cb da ) 2 In het bijzonder volgt hieruit dat als m en n geschreven kunnen worden als som van vier kwadraten, dan is mn ook som van vier kwadraten. Voor het bewijs van de stelling van Lagrange is het dus voldoende om de stelling aan te tonen voor priemgetallen. Zij p een oneven priemgetal, die we als som van vier kwadraten willen schrijven. We laten eerst zien dat er een m N is zó dat mp som van vier kwadraten is. Beschouw hiertoe de restklassen x (mod p) voor x = 0, 1,..., (p 1)/2 en de restklassen y 2 (mod p) voor y = 0, 1,..., (p 1)/2. Elk van deze verzamelingen bevat (p+1)/2 verschillende elementen. Dat is samen p+1, één meer dan er restklassen modulo p zijn. Dus hebben de twee verzamelingen een gemeenschappelijk element. Dat wil zeggen, er zijn x, y te vinden met 0 x, y (p 1)/2 zó dat x y 2 (mod p). Met andere woorden, er is een m zodat x 2 + y = mp. Bovendien, omdat 0 x, y < p/2, geldt m < p. Zij nu m het kleinste natuurlijke getal zo dat mp som van vier kwadraten is. We willen natuurlijk laten zien dat m = 1. In dat geval hebben we p als som van vier kwadraten geschreven en zijn we klaar. mp = a 2 + b 2 + c 2 + d 2. (12.1) We weten trouwens al dat m < p. Kies nu m/2 < A, B, C, D m/2 zó dat a A (mod m), b B (mod m), c C (mod m), d D (mod m). Dan geldt, A 2 + B 2 + C 2 + D 2 a 2 + b 2 + c 2 + d 2 mp 0 (mod m). Gevolg, A 2 + B 2 + C 2 + D 2 = mr, r 0 (12.2) waarin r = (A 2 + B 2 + C 2 + D 2 )/m (4 (m/2) 2 )/m = m. Dus 0 r m. We onderscheiden nu de mogelijkheden r = 0, r = m en 0 < r < m. Stel eerst r = 0. Dan moeten A, B, C, D allen nul zijn en dus a, b, c, d deelbaar door m. Gevolg, mp = a 2 + b 2 + c 2 + d 2 is deelbaar door m 2 en dus p deelbaar door m. Omdat m < p volgt hieruit dat m = 1 en zijn we klaar. Stel nu r = m. Dit kan alleen maar als A, B, C, D maximaal zijn, dat wil zeggen gelijk aan m/2. Dus, bijvoorbeeld, a m/2 (mod m), ofwel, a = m/2 + ma 1
6 108 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN voor zekere gehele a 1. Merk nu op dat a 2 = (m/2) 2 + m 2 a 1 + m 2 a 2 1 en dus, a 2 (m/2) 2 (mod m 2 ). Een zelfde opmerking geldt voor b, c, d. Gevolg, mp = a 2 + b 2 + c 2 + d 2 4 (m/2) 2 0 (mod m 2 ). Dus m 2 deelt mp en m deelt p. Omdat m < p volgt wederom dat m = 1. Nu het geval 0 < r < m. Dit is de grote stap in ons bewijs. Vermenigvuldig gelijkheden ((12.1) en ((12.2) en gebruik Euler s identiteit. We vinden, mp mr = (a 2 + b 2 + c 2 + d 2 )(A 2 + B 2 + C 2 + D 2 ) = α 2 + β 2 + γ 2 + δ 2 (12.3) waarin, α = aa + bb + cc + dd a 2 + b 2 + c 2 + d 2 0 (mod m) β = ab ba + cd dc ab ba + cd dc 0 (mod m) γ = ac ca + db bd ac ca + db bd 0 (mod m) δ = ad da + bc cb ad da + bc cb 0 (mod m) We zien dus dat m een deler is van alle getallen α, β, γ, δ. Na deling door m 2 aan beide zijden van ((12.3) houden we over, rp = (α/m) 2 + (β/m) 2 + (γ/m) 2 + (δ/m) 2. Dus rp is ook een som van vier kwadraten. Bovedien was gegeven dat 0 < r < m. Dit laatste is echter in tegenspraak met de minimaliteit van onze keuze van m. We concluderen dat dit geval niet kan optreden. De eindconclusie luidt daarmee dat m = 1, hetgeen w ewilden hebben. Het is zelfs bekend op hoeveel manieren een getal als som van vier kwadraten geschreven kan worden. We vermelden hier alleen de stelling. Het bewijs ervan maakt gebruik van zogenaamde modulaire vormen, een onderwerp dat helaas buiten het bestek van dit boek valt. Stelling (Jacobi,1829) Zij n N dan heeft de vergelijking n = x x x x 2 4 in x 1, x 2, x 3, x 4 Z precies 8 d d n,d 0 (mod 4) oplossingen.
7 12.3. VARIATIES OP SOMMEN VAN KWADRATEN Variaties op sommen van kwadraten Het zal misschien opgevallen zijn dat we het nog niet over sommen van drie kwadraten gehad hebben. In vergelijking met twee en vier kwadraten is dit probleem een stuk lastiger aan te pakken. In ieder geval kan niet elk getal geschreven worden als som van drie kwadraten. We weten namelijk dat een kwadraat modulo 8 altijd gelijk is aan 0, 1 of 4. Met drie van deze resten is het niet mogelijk de rest 7 als som te krijgen. Dat betekent dus dat getallen, die 7 (mod 8) zijn, geen som van drie kwadraten kunnen zijn. Verder, als n deelbaar is door vier en n = a 2 +b 2 +c 2 dan moeten a, b, c elk even zijn. Dus n/4 = (a/2) 2 + (b/2) 2 + (c/2) 2. Gevolg, als n som van drie kwadraten is en deelbaar door 4 dan is n/4 ook som van drie kwadraten. Omgekeerd betekent dit dat een getal van de vorm 4(8k+7) geen som van drie kwadraten kan zijn, omdat 8k + 7 dat niet is. Evenzo kunnen getallen van de vorm 4 l (8k + 7) geen som van drie kwadraten zijn. We hebben dus laten zien, Stelling Zij n N en van de vorm 4 l (8k + 7) met k, l Z 0. Dan is n geen som van drie kwadraten. De complementaire uitspraak dat ieder getal niet van bovenstaande vorm wel som van drie kwadraten is, is veel lastiger te bewijzen. Stelling (Gauss) Elk natuurlijk getal, niet van de vorm 4 l (8k + 7) met k, l Z 0 is te schrijven als som van drie kwadraten. Uit deze stelling leiden we een opmerkelijk resultaat van Gauss af, dat over driehoeksgetallen gaat. De rij driehoeksgetallen begint met 0, 1, 3, 6, 10, 15, 21,... en wordt gekenmerkt door het feit dat het verschil tussen opeenvolgende getallen steeds met 1 toeneemt. De naam driehoeksgetallen volgt uit de volgende ilustratie van driehoeksgetallen, De algemene formule voor driehoeksgetallen luidt n(n + 1)/2 voor n = 1, 2, 3,.... Hier is Gauss resultaat voor de driehoeksgetallen. Gevolg Elk natuurlijk getal kan geschreven worden als som van drie driehoeksgetallen (d.w.z. getallen van de vorm n(n + 1)/2).
8 110 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN Stel we willen n als som van driehoeksgetallen schrijven. Schrijf hiertoe eerst 8n + 3 als som van drie kwadraten, 8n + 3 = a 2 + b 2 + c 2. Omdat kwadraten modulo 8 gelijk zijn aan 0, 1 of 4, volgt dat a, b, c alle drie oneven zijn. Stel a = 2p+1, b = 2q+1, c = 2r+1. Dan geldt 8n+3 = 4(p 2 +p)+4(q 2 +q)+4(r 2 +r)+3. Na wegstrepen van 3 en deling door 8 volgt, n = p(p + 1) 2 + q(q + 1) 2 + r(r + 1). 2 Om met Gauss te spreken, EUREKA: num = + +!! De rij kwadraten past ook in een zelfde soort patroon als de driehoeksgetallen. Merk op dat de rij 0, 1, 4, 9, 16, 25,... gekenmerkt wordt door het feit dat het verschil tussen opvolgende getallen steeds met 2 toeneemt (controleer maar en bewijs het!). Ook is er een illustratieve voorstelling, We kunnen de kwadraten dus opvatten als vierhoeksgetallen en Lagrange s stelling zou cryptisch kunnen worden samengevat met EUREKA: num = + + +!! Evenzo hebben we de vijfhoeksgetallen de zeshoeksgetallen 0, 1, 5, 12, 22, 35, 51, 70, 92, 117, 145,... 0, 1, 6, 15, 28, 45, 66, 91, 120, 153, 190,... etcetera. In deze gevallen kunnen we ook plaatjes tekenen zoals boven, maar ik vind ze lang niet zo mooi als voor drie- en vierhoeksgetallen. De algemene formule voor k-hoeksgetallen luidt (k 2) n(n 1) + n. De volgende stelling werd 2 vermoed door Fermat, maar pas in 1825 bewezen door Cauchy. Stelling (Cauchy, 1825) Elk natuurlijk getal is te schrijven als som van k k-hoeksgetallen. Het geval k = 3 komt overeen met Gevolg , het geval k = 4 met Stelling Een iets andere variant op bovenstaande problemen is vanaf Euler s tijd uitgebreid bestudeerd. De vormen x 2 + y 2 en x 2 + y 2 + z 2 + u 2 zijn voorbeelden van
9 12.3. VARIATIES OP SOMMEN VAN KWADRATEN 111 kwadratische vormen. Dat zijn homogene polynomen van graad twee. Het aantal variabelen kan willekeurig groot zijn. Voorbeelden zijn x 2 3y 2, x 2 + 5y 2, x 2 + xy y 2 + z 2, x 2 + 2y 2 + 2z 2 + yz + yu 3uz + u 2,... Zij nu F (x 1,..., x k ) zo n kwadratische vorm. We kunnen ons afvragen welke getallen n te schrijven zijn in de vorm n = F (x 1,..., x k ) met x 1,..., x k Z. Anders gezegd, welke getallen worden door F (x 1,..., x k ) gerepresenteerd? Nu kan één gek altijd meer vragen dan tien getaltheoretici kunnen beantwoorden en bij veel vragen weet men het antwoord ook niet. Echter, een vraag wordt pas echt interessant als we weten dat er ook een interessant antwoord is. In het geval van representatie van getallen door kwadratische vormen blijkt zelfs in het geval van twee variabelen (k = 2) het antwoord interessant. Het kan als toegangsweg gebruikt worden tot de zogenaamde klassenlichamen theorie, een geavanceerd onderwerp uit de algebraïsche getaltheorie. Er is zelfs een heel boek aan gewijd dat recent is verschenen, zie [Cox]. In het geval van twee of drie variabelen kunnen we niet verwachten dat een kwadratische vorm alle natuurlijke getallen representeert. Voor vier of meer variabelen wordt de kans op die mogelijkheid groter. Zo stelde Ramanujan (1917) zich de vraag voor welke waarden van a, b, c, d N met a b c d elk natuurlijk getal door ax 2 + by 2 + cz 2 + du 2 gerepresenteerd kan worden. Als a 2 dan gaat het al niet, want 1 kan niet gerepresenteerd worden. Anderzijds weten we voor a = b = c = d = 1 dat het inderdaad kan. Ramanujan ontdekte dat er nog 54 andere mogelijkheden bestonden en gaf daarvan de complete lijst. Onder die lijst bevindt zich bijvoorbeeld het geval a = 1, b = 2, c = 2, d = 5. Dat wil zeggen dat elk natuurlijk getal in de vorm x 2 + 2y 2 + 2z 2 + 5u 2 geschreven kan worden met x, y, z, u geheel. Recent ontdekte John Conway de volgende zeer opmerkelijke stelling. Stelling (Conway,Schneeberger 1993) Zij F (x 1,..., x k ) een even positief definiete kwadratische vorm met gehele coëfficienten. Als F de getallen n = 1, 2,..., 15 representeert, dan representeert F alle natuurlijke getallen. Een kwadratische vorm heet positief definiet als F (x 1,..., x k ) > 0 voor alle keuzen van x 1,..., x k R behalve x 1 = = x k = 0. De vorm (x y) 2 is bijvoorbeeld niet positief definiet. Er geldt weliswaar (x y) 2 0 voor alle x, y, maar we willen (x y) 2 > 0 voor alle x, y met (x, y) (0, 0). De vormen x 2 + y 2 en x 2 xy + y 2 zijn daarentegen wel positief definiet. De kwadratische vorm F (x 1,..., x k ) heet even als de coëfficient van x i x j even is voor elk paar i, j met i j. Zouden we deze eis niet hebben, dan moet het getal 15 in de Stelling vervangen worden door een veel groter getal. We zouden nu Stelling kunnen bewijzen door te verifiëren dat 1, 2, 3,..., 15 geschreven kunnen worden als som van vier kwadraten. Dit is echter enigszins bedriegeljk, omdat het bewijs van Conway zwaar leunt op stellingen van het type
10 112 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN en Wel is het nu mogelijk om met behulp van Conway s stelling en een flinke portie geduld de lijst vormen ax 2 + by 2 + cz 2 + du 2 van Ramanujan terug te vinden Het probleem van Waring In dezelfde tijd waarin Lagrange zijn Stelling bewees, stelde Waring de volgende vraag. Vraag (Waring, 1770) Stel k Z en k 2. Is er een getal g(k) zo dat ieder natuurlijk getal als som van hoogstens g(k) positieve k-de machten geschreven kan worden? Zo n 140 jaar later, in 1909, liet D.Hilbert zien dat het antwoord ja is voor elke k 2. Zijn bewijs is tamelijk ingewikkeld en we zullen het hier niet reproduceren. Iets later gaven Hardy en Littlewood een wat systematischer bewijs dat berust op de zogenaamde cirkelmethode. Helaas is ook deze techniek te technisch voor dit boek. In ieder geval toonden Hardy en Littlewood aan dat er een g(k) < 3 2 k bestaat. Van nu af zullen we met g(k) het kleinste getal aangeven waarvoor het probleem van Waring een oplossing heeft. We hebben bijvoorbeeld gezien dat g(2) = 4. Verder geldt g(3) = 9 (Wieferich, Kempner, 1912), g(4) = 19 (Balusabramanian, Deshouillers, Dress, 1986), g(5) = 37 (Chen-Jingrun, 1964). Er is zelfs een algemene formule voor alle k 2. Als (3/2) k [(3/2) k ] < 1 (3/4) k dan geldt g(k) = [(3/2) k ] + 2 k 2. Het is zeer waarschijnlijk, maar nog niet bewezen, dat aan de voorwaarde altijd voldaan is, waardoor de formule voor g(k) waarschijnlijk altijd correct is. De merkwaardige vorm voor de formule van g(k) kan gedeeltelijk verklaard worden door het feit dat deze eigenlijk bepaald wordt door de kleine getallen. Stel dat we bijvoorbeeld 2 k 1 als som van k-de machten willen schrijven. In deze som kan niet 2 k voorkomen, want dan wordt de som te groot. Dus moet 2 k 1 geschreven worden als som van k-de machten van 1. En hiervoor hebben we er 2 k 1 nodig, dus g(k) 2 k 1. We kunnen nog iets verder gaan. Bekijk het getal n = [(3/2) k ]2 k 1 en schrijf dit als som van k-de machten. Merk op dat n < 3 k. Dus we kunnen geen termen 3 k in onze som hebben. De gunstigste opdeling is [(3/2) k ] 1 termen 2 k en 2 k 1 termen 1 k. Dit geeft g(k) [(3/2) k ] + 2 k 2. De waarde van g(k) wordt dus bepaald door de kleine waarden van het getal n dat we als som van k-de machten willen schrijven. Men kan zich afvragen of we voor grote waarden van n ook zoveel k-de machten nodig hebben. Dat blijkt niet het geval te zijn. Zo weten we bijvoorbeeld voor k = 3 dat alleen de getallen 23 en 239 negen derdemachten nodig hebben. Voor de overige getallen is het bekend dat er hoogstens 8 derde machten nodig zijn. Het is zelfs bekend dat
11 12.4. HET PROBLEEM VAN WARING 113 ieder voldoend groot getal som is van hoogstens 7 derde machten. Dit suggereert de volgende vraag, Vraag Zij k 2. Wat is het kleinste getal G(k) zo dat ieder voldoend groot getal te schrijven is als som van hooguit G(k) positieve k-de machten? De waarde van G(k) is een nog onopgelost probleem, er is alleen bekend dat G(2) = 4 en G(4) = 16. Verder is G(k) meestal een stuk kleiner dan g(k). Wederom met de cirkelmethode bewees Vinogradov dat G(k) 6k(log k log 216). Beperken we ons even tot derde machten, daar kunnen we laten zien dat G(3) 4. Hiertoe moeten we oneindig veel getallen aangeven die niet als som van hoogstens drie derde machten geschreven kunnen worden. We nemen daarvoor de getallen n die 4 modulo 9 zijn. Merk op dat derde machten modulo 9 altijd 0, 1, 1 zijn. De som van drie dergelijke getallen kan nooit 4 opleveren. Dus hebben we voor getallen n 4 (mod 9) minstens 4 derde machten nodig. Aan de andere kant is het waarschijnlijk zo dat ieder voldoend groot getal als som van hooguit vier derde machten te schrijven is, dus G(3) = 4, maar niemand heeft enig idee hoe dit aan te tonen. Hier is nog een variant op Waring s probleem. Vraag Zij k 2. Wat is het kleinste getal s(k) dat nodig is om elk natuurlijk getal te schrijven als som van s(k) rationale niet-negatieve k-de machten. In ieder geval geldt dat s(k) G(k). Stel namelijk dat elk getal > n 0 som is van niet meer dan G(k) k-de machten. Stel nu n N die we als som van rationale machten willen schrijven. Kies r zo groot dat nr k > n 0. Schrijf nr k als som van G(k) gehele k-de machten en deel aan beide zijden door r k om n als som van G(k) rationale k-de machten te krijgen. Voor sommige k kan zelfs gelden dat s(k) < G(k) zoals blijkt uit de volgende stelling. Stelling (Riley,1825) Elk natuurlijk getal kan op oneindig veel verschillende manieren geschreven worden als som van drie rationale derde machten. Het bewijs is verbazingwekkend eenvoudig, zeker in vergelijking met de problemen die men heeft om G(3) = 4 aan te tonen. Beschouw namelijk de identiteit A 3 + B 3 + C 3 = 72t(t + 1) 6 waarin A = 12t(t + 1) (t + 1) 3, B = (t + 1) 3 12t(t 1) en C = 12t(t 1). Stel n N. Kies u Q zo dat 1 < nu 3 /72 < 2 en vul t = nu 3 /72 in de identiteit in. De getallen A, B, C, t, t + 1 zijn allen positief en na deling aan weerszijden door u 3 (t + 1) 6 vinden we, ( ) 3 ( A + u(t + 1) 2 B u(t + 1) 2 ) 3 + ( ) 3 C = n u(t + 1) 2
12 114 HOOFDSTUK 12. SOMMEN VAN KWADRATEN Bovendien kan u op oneindig veel verschillende manieren gekozen worden. Het is heel goed denkbaar dat er een bewijs voor het bestaan van s(k) is dat veel eenvoudiger is dan de oplossing van Waring s probleem. Helaas ken ik er geen.
7.1 Het aantal inverteerbare restklassen
Hoofdstuk 7 Congruenties in actie 7.1 Het aantal inverteerbare restklassen We pakken hier de vraag op waarmee we in het vorige hoofdstuk geëindigd zijn, namelijk hoeveel inverteerbare restklassen modulo
Nadere informatieHoofdstuk 6. Congruentierekening. 6.1 Congruenties
Hoofdstuk 6 Congruentierekening 6.1 Congruenties We hebben waarschijnlijk allemaal wel eens opgemerkt dat bij vermenigvuldigen van twee getallen de laatste cijfers als het ware meevermenigvuldigen. Stel
Nadere informatieBijzondere kettingbreuken
Hoofdstuk 15 Bijzondere kettingbreuken 15.1 Kwadratische getallen In het vorige hoofdstuk hebben we gezien dat 2 = 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2,.... Men kan zich afvragen waarom we vanaf zeker moment alleen maar
Nadere informatieGetaltheorie I. c = c 1 = 1 c (1)
Lesbrief 1 Getaltheorie I De getaltheorie houdt zich bezig met het onderzoek van eigenschappen van gehele getallen, en meer in het bijzonder, van natuurlijke getallen. In de getaltheorie is het gebruikelijk
Nadere informatieGetaltheorie II. ax + by = c, a, b, c Z (1)
Lesbrief 2 Getaltheorie II 1 Lineaire vergelijkingen Een vergelijking van de vorm ax + by = c, a, b, c Z (1) heet een lineaire vergelijking. In de getaltheorie gaat het er slechts om gehele oplossingen
Nadere informatieUitwerkingen toets 12 juni 2010
Uitwerkingen toets 12 juni 2010 Opgave 1. Bekijk rijen a 1, a 2, a 3,... van positieve gehele getallen. Bepaal de kleinst mogelijke waarde van a 2010 als gegeven is: (i) a n < a n+1 voor alle n 1, (ii)
Nadere informatieOefening 4.3. Zoek een positief natuurlijk getal zodanig dat de helft een kwadraat is, een derde is een derdemacht en een vijfde is een vijfdemacht.
4 Modulair rekenen Oefening 4.1. Merk op dat 2 5 9 2 = 2592. Bestaat er een ander getal van de vorm 25ab dat gelijk is aan 2 5 a b? (Met 25ab bedoelen we een getal waarvan a het cijfer voor de tientallen
Nadere informatie1 Delers 1. 3 Grootste gemene deler en kleinste gemene veelvoud 12
Katern 2 Getaltheorie Inhoudsopgave 1 Delers 1 2 Deelbaarheid door 2, 3, 5, 9 en 11 6 3 Grootste gemene deler en kleinste gemene veelvoud 12 1 Delers In Katern 1 heb je geleerd wat een deler van een getal
Nadere informatieOPLOSSINGEN VAN DE OEFENINGEN
OPLOSSINGEN VAN DE OEFENINGEN 1.3.1. Er zijn 42 mogelijke vercijferingen. 2.3.4. De uitkomsten zijn 0, 4 en 4 1 = 4. 2.3.6. Omdat 10 = 1 in Z 9 vinden we dat x = c 0 +... + c m = c 0 +... + c m. Het getal
Nadere informatieEigenschap (Principe van welordening) Elke niet-lege deelverzameling V N bevat een kleinste element.
Hoofdstuk 2 De regels van het spel 2.1 De gehele getallen Grof gezegd kunnen we de (elementaire) getaltheorie omschrijven als de wiskunde van de getallen 1, 2, 3, 4,... die we ook de natuurlijke getallen
Nadere informatieOefening 4.3. Zoek een positief natuurlijk getal zodanig dat de helft een kwadraat is, een derde is een derdemacht en een vijfde is een vijfdemacht.
4 Modulair rekenen Oefening 4.1. Merk op dat 2 5 9 2 2592. Bestaat er een ander getal van de vorm 25ab dat gelijk is aan 2 5 a b? (Met 25ab bedoelen we een getal waarvan a het cijfer voor de tientallen
Nadere informatie2 n 1. OPGAVEN 1 Hoeveel cijfers heeft het grootste bekende Mersenne-priemgetal? Met dit getal vult men 320 krantenpagina s.
Hoofdstuk 1 Getallenleer 1.1 Priemgetallen 1.1.1 Definitie en eigenschappen Een priemgetal is een natuurlijk getal groter dan 1 dat slechts deelbaar is door 1 en door zichzelf. Om technische redenen wordt
Nadere informatieZomercursus Wiskunde. Module 1 Algebraïsch rekenen (versie 22 augustus 2011)
Katholieke Universiteit Leuven September 011 Module 1 Algebraïsch rekenen (versie augustus 011) Inhoudsopgave 1 Rekenen met haakjes 1.1 Uitwerken van haakjes en ontbinden in factoren............. 1. De
Nadere informatieDiophantische vergelijkingen
Diophantische vergelijkingen 1 Wat zijn Diophantische vergelijkingen? Een Diophantische vergelijking is een veeltermvergelijking waarbij zowel de coëfficiënten als de oplossingen gehele getallen moeten
Nadere informatieGetallenleer Inleiding op codeertheorie. Cursus voor de vrije ruimte
Getallenleer Inleiding op codeertheorie Liliane Van Maldeghem Hendrik Van Maldeghem Cursus voor de vrije ruimte 2 Hoofdstuk 1 Getallenleer 1.1 Priemgetallen 1.1.1 Definitie en eigenschappen Een priemgetal
Nadere informatieWanneer zijn veelvouden van proniks proniks?
1 Uitwerking puzzel 92-1 Wanneer zijn veelvouden van proniks proniks? Harm Bakker noemde het: pro-niks voor-niks De puzzel was voor een groot deel afkomstig van Frits Göbel. Een pronik is een getal dat
Nadere informatieZomercursus Wiskunde. Katholieke Universiteit Leuven Groep Wetenschap & Technologie. September 2008
Katholieke Universiteit Leuven September 008 Algebraïsch rekenen (versie 7 juni 008) Inleiding In deze module worden een aantal basisrekentechnieken herhaald. De nadruk ligt vooral op het symbolisch rekenen.
Nadere informatieWe beginnen met de eigenschappen van de gehele getallen.
II.2 Gehele getallen We beginnen met de eigenschappen van de gehele getallen. Axioma s voor Z De gegevens zijn: (a) een verzameling Z; (b) elementen 0 en 1 in Z; (c) een afbeelding +: Z Z Z, de optelling;
Nadere informatieOpmerking. TI1300 Redeneren en Logica. Met voorbeelden kun je niks bewijzen. Directe en indirecte bewijzen
Opmerking TI1300 Redeneren en Logica College 2: Bewijstechnieken Tomas Klos Algoritmiek Groep Voor alle duidelijkheid: Het is verre van triviaal om definities te leren hanteren, beweringen op te lossen,
Nadere informatie1 Kettingbreuken van rationale getallen
Kettingbreuken van rationale getallen Laten we eens starten met een breuk bijvoorbeeld 37/3 Laten we hier ons kettingbreuk algoritme op los, We concluderen hieruit dat 37 3 3 + 3 + + 37 3 + + + hetgeen
Nadere informatiePolynomen. + 5x + 5 \ 3 x 1 = S(x) 2x x. 3x x 3x 2 + 2
Lesbrief 3 Polynomen 1 Polynomen van één variabele Elke functie van de vorm P () = a n n + a n 1 n 1 + + a 1 + a 0, (a n 0), heet een polynoom of veelterm in de variabele. Het getal n heet de graad van
Nadere informatiePriemontbinding en ggd s
Hoofdstuk 3 Priemontbinding en ggd s 3.1 Priemgetallen Een getal > 1 dat alleen 1 en zichzelf als positieve deler heeft noemen we een priemgetal. De rij priemgetallen begint als volgt, 2, 3, 5, 7, 11,
Nadere informatieIMO-selectietoets I donderdag 2 juni 2016
IMO-selectietoets I donderdag juni 016 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. Zij ABC een scherphoekige driehoek. Zij H het voetpunt van de hoogtelijn vanuit C op AB. Veronderstel
Nadere informatieRSA. F.A. Grootjen. 8 maart 2002
RSA F.A. Grootjen 8 maart 2002 1 Delers Eerst wat terminologie over gehele getallen. We zeggen a deelt b (of a is een deler van b) als b = qa voor een of ander geheel getal q. In plaats van a deelt b schrijven
Nadere informatieSelectietoets vrijdag 10 maart 2017
Selectietoets vrijdag 10 maart 2017 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. Zij n een even positief geheel getal. Een rijtje van n reële getallen noemen we volledig als voor elke gehele
Nadere informatieRekenen met cijfers en letters
Rekenen met cijfers en letters Maerlant College Brielle 5 oktober 009 c Swier Garst - RGO Middelharnis Inhoudsopgave Rekenen met gehele getallen 7. De gehele getallen.....................................
Nadere informatieHoofdstuk 16. De vergelijking van Pell De oplossing. Stel dat N N geen kwadraat is. Beschouw de vergelijking. x 2 Ny 2 = 1
Hoofdstuk 16 De vergelijking van Pell 16.1 De oplossing Stel dat N N geen kwadraat is. Beschouw de vergelijking x Ny = 1 in de onbekenden x, y Z 0. We noemen dit soort vergelijking de vergelijking van
Nadere informatieDiophantische vergelijkingen
Diophantische vergelijkingen een onmogelijke uitdaging Frits Beukers Vakantiecursus 2010 Diophantische vergelijkingen Vakantiecursus 2010 1 / 34 Eerste voorbeeld Bedenk twee gehele getallen x en y zó dat
Nadere informatieHoofdstuk 4. Delers. 4.1 Delers (op)tellen
Hoofdstuk 4 Delers 4. Delers (op)tellen Ieder getal heeft zijn delers. Van oudsher heeft het onvoorspelbare gedrag van delers van getallen een aantrekkingskracht uitgeoefend op mensen. Zozeer zelfs dat
Nadere informatieSelectietoets vrijdag 9 maart 2018
Selectietoets vrijdag 9 maart 2018 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. We hebben 1000 ballen in 40 verschillende kleuren, waarbij er van elke kleur precies 25 ballen zijn. Bepaal
Nadere informatieGetaltheorie groep 3: Primitieve wortels
Getaltheorie groep 3: Primitieve wortels Trainingsweek juni 2008 Inleiding Voor a relatief priem met m hebben we de orde van a modulo m gedefinieerd als ord m (a) = min { n Z + a n 1 (mod m) }. De verzameling
Nadere informatieUniversiteit Gent. Academiejaar Discrete Wiskunde. 1ste kandidatuur Informatica. Collegenota s. Prof. Dr.
Universiteit Gent Academiejaar 2001 2002 Discrete Wiskunde 1ste kandidatuur Informatica Collegenota s Prof. Dr. Frank De Clerck Herhalingsoefeningen 1. Bepaal het quotiënt en de rest van de deling van
Nadere informatieOpgeloste en onopgeloste mysteries in de getaltheorie
Opgeloste en onopgeloste mysteries in de getaltheorie Jan De Beule, Tom De Medts en Jeroen Demeyer Voorwoord 1 Voorwoord Beste leerling, Deze nota s zijn bedoeld als begeleiding bij 6 lesuren Opgeloste
Nadere informatieOplossing van opgave 6 en van de kerstbonusopgave.
Oplossing van opgave 6 en van de kerstbonusopgave. Opgave 6 Lesbrief, opgave 4.5 De getallen m en n zijn verschillende positieve gehele getallen zo, dat de laatste drie cijfers van 1978 m en 1978 n overeenstemmen.
Nadere informatieUitwerkingen Rekenen met cijfers en letters
Uitwerkingen Rekenen met cijfers en letters Maerlant College Brielle 5 oktober 2009 c Swier Garst - RGO Middelharnis 2 Inhoudsopgave Rekenen met gehele getallen 7. De gehele getallen.....................................
Nadere informatieANTWOORDEN blz. 1. d. 345 + 668 = 1013; 61 007 + 50 215 = 111 222; 102 240 30 628 = 71 612; 1 000 000 1 = 999 999
ANTWOORDEN blz. 3 a. Zeer onwaarschijnlijk Zeer onwaarschijnlijk a. Dan heb je ergens een schuld uitstaan 86 Dan hadden beide een kopie van de kerfstok; om fraude te voorkomen a. MMXII, MCCCXXVII, DLXXXVI,
Nadere informatieIMO-selectietoets I woensdag 5 juni 2013
IMO-selectietoets I woensdag 5 juni 201 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. Vind alle viertallen (a, b, c, d) van reële getallen waarvoor geldt ab + c + d =, bc + d + a = 5, cd
Nadere informatieGetaltheorie I. c = c 1 = 1 c (1)
Lesbrief 1 Getaltheorie I De getaltheorie houdt zich bezig met het onderzoek van eigenschappen van gehele getallen, en meer in het bijzonder, van natuurlijke getallen. In de getaltheorie is het gebruikelijk
Nadere informatieDefinitie 5.1. Cyclische groepen zijn groepen voortgebracht door 1 element.
Hoofdstuk 5 Cyclische groepen 5.1 Definitie Definitie 5.1. Cyclische groepen zijn groepen voortgebracht door 1 element. Als G wordt voortgebracht door a en a n = e, dan noteren we de groep als C n = a.
Nadere informatieDossier 3 PRIEMGETALLEN
Dossier 3 PRIEMGETALLEN atomen van de getallenleer Dr. Luc Gheysens Een priemgetal is een natuurlijk getal met twee verschillende delers, nl. 1 en het getal zelf. De priemgetallen zijn dus 2, 3, 5, 7,
Nadere informatieOpgaven Eigenschappen van Getallen Security, 2018, Werkgroep.
Opgaven Eigenschappen van Getallen Security, 2018, Werkgroep. Gebruik deze opgaven, naast die uit het boek, om de stof te oefenen op het werkcollege. Cijfer: Op een toets krijg je meestal zes tot acht
Nadere informatieOver de construeerbaarheid van gehele hoeken
Over de construeerbaarheid van gehele hoeken Dick Klingens maart 00. Inleiding In de getallentheorie worden algebraïsche getallen gedefinieerd via rationale veeltermen f van de n-de graad in één onbekende:
Nadere informatie1.5.1 Natuurlijke, gehele en rationale getallen
46 Getallen 1.5 Getaltheorie 1.5.1 Natuurlijke, gehele en rationale getallen De getallen 0,1,2,3,4,... enz. worden de natuurlijke getallen genoemd (de heleverzamelingvanaldezegetallenbijelkaarnoterenwemethetteken:
Nadere informatieHoofdstuk 18. Het abc-vermoeden Introductie
Hoofdstuk 18 Het abc-vermoeden 18.1 Introductie In de gehele getallen zijn optelling en vermenigvuldiging de belangrijkste bewerkingen. Als we echter uitsluitend naar de optelstructuur van de gehele getallen
Nadere informatieWiskunde klas 3. Vaardigheden. Inhoudsopgave. 1. Breuken 2. 2. Gelijksoortige termen samennemen 3. 3. Rekenen met machten 3. 4. Rekenen met wortels 4
Vaardigheden Wiskunde klas Inhoudsopgave. Breuken. Gelijksoortige termen samennemen. Rekenen met machten. Rekenen met wortels. Algebraïsche producten 6. Ontbinden in factoren 6 7. Eerstegraads vergelijkingen
Nadere informatieHoofdstuk 3. Equivalentierelaties. 3.1 Modulo Rekenen
Hoofdstuk 3 Equivalentierelaties SCHAUM 2.8: Equivalence Relations Twee belangrijke voorbeelden van equivalentierelaties in de informatica: resten (modulo rekenen) en cardinaliteit (aftelbaarheid). 3.1
Nadere informatieInleiding tot de Problem Solving - deel 1: Combinatoriek en getaltheorie
Inleiding tot de Problem Solving - deel 1: Combinatoriek en getaltheorie Jan Vonk 1 oktober 2008 1 Combinatoriek Inleiding Een gebied dat vandaag de dag haast niet onderschat kan worden binnen de wiskunde
Nadere informatieCombinatoriek groep 2
Combinatoriek groep 2 Recursie Trainingsdag 3, 2 april 2009 Homogene lineaire recurrente betrekkingen We kunnen een rij getallen a 0, a 1, a 2,... op twee manieren definiëren: direct of recursief. Een
Nadere informatieWorteltrekken modulo een priemgetal: van klok tot cutting edge. Roland van der Veen
Worteltrekken modulo een priemgetal: van klok tot cutting edge Roland van der Veen Modulorekenen Twee getallen a en b zijn gelijk modulo p als ze een veelvoud van p verschillen. Notatie: a = b mod p Bijvoorbeeld:
Nadere informatie3.0 Voorkennis. y = -4x + 8 is de vergelijking van een lijn. Hier wordt y uitgedrukt in x.
3.0 Voorkennis y = -4x + 8 is de vergelijking van een lijn. Hier wordt y uitgedrukt in x. y = -4x + 8 kan herschreven worden als y + 4x = 8 Dit is een lineaire vergelijking met twee variabelen. Als je
Nadere informatie14.1 Vergelijkingen en herleidingen [1]
4. Vergelijkingen en herleidingen [] Er zijn vier soorten bijzondere vergelijkingen: : AB = 0 => A = 0 of B = 0 ( - 5)( + 7) = 0-5 = 0 of + 7 = 0 = 5 of = -7 : A = B geeft A = B of A = - B ( ) = 5 ( )
Nadere informatieE.T.G. Schlebusch. Het Hasse-principe. Bachelorscriptie, 20 juni Scriptiebegeleider: dr. R.M. van Luijk
E.T.G. Schlebusch Het Hasse-principe Bachelorscriptie, 20 juni 2012 Scriptiebegeleider: dr. R.M. van Luijk Mathematisch Instituut, Universiteit Leiden Inhoudsopgave 1. Inleiding 2 2. Het lichaam van p-adische
Nadere informatieUitwerkingen toets 9 juni 2012
Uitwerkingen toets 9 juni 0 Opgave. Voor positieve gehele getallen a en b definiëren we a b = a b ggd(a, b). Bewijs dat voor elk geheel getal n > geldt: n is een priemmacht (d.w.z. dat n te schrijven is
Nadere informatieDeeltentamen I, Ringen en Galoistheorie, 16-4-2009, 9-12 uur
Deeltentamen I, Ringen en Galoistheorie, 16-4-2009, 9-12 uur Geef een goede onderbouwing van je antwoorden. Succes! 1. (a) (10 pt) Ontbindt het polynoom X 3 3X+3 in irreducibele factoren in Q[X] en in
Nadere informatieIMO-selectietoets I donderdag 1 juni 2017
IMO-selectietoets I donderdag 1 juni 2017 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. Zij n een positief geheel getal. Gegeven zijn cirkelvormige schijven met stralen 1, 2,..., n. Van
Nadere informatieCover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation
Cover Page The handle http://hdl.handle.net/887/25833 holds various files of this Leiden University dissertation Author: Palenstijn, Willem Jan Title: Radicals in Arithmetic Issue Date: 204-05-22 Samenvatting
Nadere informatieUitwerkingen toets 9 juni 2010
Uitwerkingen toets 9 juni 2010 Opgave 1. Zij ABC een scherphoekige driehoek met de eigenschap BAC = 45. Zij D het voetpunt van de loodlijn vanuit C op AB. Zij P een inwendig punt van het lijnstuk CD. Bewijs
Nadere informatieSpookgetallen. Jan van de Craats en Janina Müttel
Spookgetallen Jan van de Craats en Janina Müttel leadtekst In de serie Open Problemen deze keer drie beroemde onopgeloste raadsels. Je kunt er geen miljoen dollar mee winnen, maar wel onsterfelijke roem.
Nadere informatieRekenen aan wortels Werkblad =
Rekenen aan wortels Werkblad 546121 = Vooraf De vragen en opdrachten in dit werkblad die vooraf gegaan worden door, moeten schriftelijk worden beantwoord. Daarbij moet altijd duidelijk zijn hoe de antwoorden
Nadere informatieHoofdstuk 1. Inleiding. Lichamen
Hoofdstuk 1 Lichamen Inleiding In Lineaire Algebra 1 en 2 heb je al kennis gemaakt met de twee belangrijkste begrippen uit de lineaire algebra: vectorruimte en lineaire afbeelding. In dit hoofdstuk gaan
Nadere informatieGehelen van Gauss. Hector Mommaerts
Gehelen van Gauss Hector Mommaerts 2 Hoofdstuk 1 Definities Gehelen van Gauss zijn complexe getallen van de vorm a + bi waarbij a, b Z. De verzameling van alle gehelen van Gauss noteren we met Z(i). Dus
Nadere informatieUitwerkingen toets 8 juni 2011
Uitwerkingen toets 8 juni 0 Opgave. Vind alle paren (x, y) van gehele getallen die voldoen aan x + y + 3 3 456 x y. Oplossing. Omdat links een geheel getal staat, moet rechts ook een geheel getal staan.
Nadere informatieIII.2 De ordening op R en ongelijkheden
III.2 De ordening op R en ongelijkheden In de vorige paragraaf hebben we axioma s gegeven voor de optelling en vermenigvuldiging in R, maar om R vast te leggen moeten we ook ongelijkheden in R beschouwen.
Nadere informatieJe hebt twee uur de tijd voor het oplossen van de vraagstukken. µkw uitwerkingen. 12 juni 2015
Je hebt twee uur de tijd voor het oplossen van de vraagstukken. Elk vraagstuk is maximaal 10 punten waard. Begin elke opgave op een nieuw vel papier. µkw uitwerkingen 12 juni 2015 Vraagstuk 1. We kunnen
Nadere informatieGeldwisselprobleem van Frobenius
Geldwisselprobleem van Frobenius Karin van de Meeberg en Dieuwertje Ewalts 12 december 2001 1 Inhoudsopgave 1 Inleiding 3 2 Afspraken 3 3 Is er wel zo n g? 3 4 Eén waarde 4 5 Twee waarden 4 6 Lampenalgoritme
Nadere informatieBewijs door inductie
Bewijs door inductie 1 Bewijs door inductie Vaak bestaat een probleem erin aan te tonen dat een bepaalde eigenschap geldt voor elk natuurlijk getal. Als je wilt weten of iets waar is voor alle natuurlijke
Nadere informatieUitwerkingen toets 18 maart 2011
Uitwerkingen toets 8 maart 20 Opgave. Alle positieve gehele getallen worden rood of groen gekleurd, zodat aan de volgende voorwaarden wordt voldaan: Er zijn zowel rode als groene getallen. De som van drie
Nadere informatieAlgebra groep 2 & 3: Standaardtechnieken kwadratische functies
Algebra groep 2 & 3: Standaardtechnieken kwadratische functies Trainingsweek juni 2008 Kwadraat afsplitsen Een kwadratische functie oftewel tweedegraads polynoom) px) = ax 2 + bx + c a 0) kan in verschillende
Nadere informatieKettingbreuken. 20 april 2010 1 K + 1 E + 1 T + 1 T + 1 I + 1 N + 1 G + 1 B + 1 R + 1 E + 1 U + 1 K + E + 1 N 1 2 + 1 0 + 1 A + 1 P + 1 R + 1 I + 1
Kettingbreuken Frédéric Guffens 0 april 00 K + E + T + T + I + N + G + B + R + E + U + K + E + N 0 + A + P + R + I + L + 0 + + 0 Wat zijn Kettingbreuken? Een kettingbreuk is een wiskundige uitdrukking
Nadere informatieinhoudsopgave januari 2005 handleiding algebra 2
handleiding algebra inhoudsopgave Inhoudsopgave 2 De grote lijn 3 Bespreking per paragraaf 1 Routes in een rooster 4 2 Oppervlakte in een rooster 4 3 Producten 4 4 Onderzoek 5 Tijdpad 9 Materialen voor
Nadere informatieTentamen Discrete Wiskunde 1 10 april 2012, 14:00 17:00 uur
Tentamen Discrete Wiskunde 0 april 0, :00 7:00 uur Schrijf je naam op ieder blad dat je inlevert. Onderbouw je antwoorden, met een goede argumentatie zijn ook punten te verdienen. Veel succes! Opgave.
Nadere informatieIMO-selectietoets III zaterdag 3 juni 2017
IMO-selectietoets III zaterdag 3 juni 017 NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Uitwerkingen Opgave 1. Gegeven is cirkel ω met middellijn AK. Punt M ligt binnen de cirkel, niet op lijn AK. De lijn AM snijdt
Nadere informatieLineaire algebra I (wiskundigen)
Lineaire algebra I (wiskundigen) Toets, donderdag 22 oktober, 2009 Oplossingen (1) Zij V het vlak in R 3 door de punten P 1 = (1, 2, 1), P 2 = (0, 1, 1) en P 3 = ( 1, 1, 3). (a) Geef een parametrisatie
Nadere informatieGetallen, 2e druk, extra opgaven
Getallen, 2e druk, extra opgaven Frans Keune november 2010 De tweede druk bevat 74 nieuwe opgaven. De nummering van de opgaven van de eerste druk is in de tweede druk dezelfde: nieuwe opgaven staan in
Nadere informatieCover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.
Cover Page The handle http://hdl.handle.net/1887/20310 holds various files of this Leiden University dissertation. Author: Jansen, Bas Title: Mersenne primes and class field theory Date: 2012-12-18 Samenvatting
Nadere informatieMore points, lines, and planes
More points, lines, and planes Make your own pictures! 1. Lengtes en hoeken In het vorige college hebben we het inwendig product (inproduct) gedefinieerd. Aan de hand daarvan hebben we ook de norm (lengte)
Nadere informatieAanvulling aansluitingscursus wiskunde. A.C.M. Ran
Aanvulling aansluitingscursus wiskunde A.C.M. Ran 1 In dit dictaat worden twee onderwerpen behandeld die niet in het boek voor de Aansluitingscursus staan. Die onderwerpen zijn: complexe getallen en volledige
Nadere informatieHet doel van dit Hoofdstuk is een inleiding te geven in de theorie van kettingbreuken,
Kettingbreuken Het doel van dit Hoofdstuk is een inleiding te geven in de theorie van kettingbreuken en enkele toepassingen daarvan te geven.. Eindige kettingbreuken Een aardige manier om kettingbreuken
Nadere informatieDe wortel uit min één. Jaap Top
De wortel uit min één Jaap Top IWI-RuG & DIAMANT j.top@rug.nl 20 maart 2007 1 Marten Toonder, verhaal de minionen (1980) 2 3 4 5 Twee manieren om complexe getallen te beschrijven: algebraïsch, als uitdrukkingen
Nadere informatieIn Katern 2 hebben we de volgende rekenregel bewezen, als onderdeel van rekenregel 4:
Katern 4 Bewijsmethoden Inhoudsopgave 1 Bewijs uit het ongerijmde 1 2 Extremenprincipe 4 3 Ladenprincipe 8 1 Bewijs uit het ongerijmde In Katern 2 hebben we de volgende rekenregel bewezen, als onderdeel
Nadere informatieAlgebra. Oefeningen op hoofdstuk Groepentheorie Cayleytabellen van groepen van orde Cyclische groepen
Oefeningen op hoofdstuk 5 Algebra 5.2 Groepentheorie 5.2.1 Cayleytabellen van groepen van orde 8 Oefening 5.1. Stel de Cayleytabel op voor de groep van de symmetrieën van een vierkant. Bewijs dat deze
Nadere informatieEstafette. 36 < b < 121. Omdat b een kwadraat is, is b een van de getallen 49, 64, 81 en 100. Aangezien a ook een kwadraat is, en
26 e Wiskundetoernooi Estafette 2017 Uitwerking opgave 1 Noem het getal dat gevormd wordt door de laatste twee cijfers van het geboortejaar van rnoud a en de leeftijd van rnoud b. Dan is a + b = 2017 1900
Nadere informatieboek Getallen 2009, errata (8 oktober 2011)
boek Getallen 009, errata (8 oktober 0) De toren van Hanoi 6 0 van a naar b } van a naar b }. 8 6 en x / B } en x / B }. - zonodig zo nodig De natuurlijke getallen 3 - vermenigvuldigeing vermenigvuldiging
Nadere informatieUitwerkingen tentamen Algebra 3 8 juni 2017, 14:00 17:00
Uitwerkingen tentamen Algebra 3 8 juni 207, 4:00 7:00 Je mocht zoals gezegd niet zonder uitleg naar opgaven verwijzen. Sommige berekeningen zijn hier weggelaten. Die moest je op je tentamen wel laten zien.
Nadere informatieFinaletraining Nederlandse Wiskunde Olympiade
NEDERLANDSE W I S K U N D E OLYMPIADE Finaletraining Nederlandse Wiskunde Olympiade Met uitwerkingen Birgit van Dalen, Julian Lyczak, Quintijn Puite Dit trainingsmateriaal is deels gebaseerd op materiaal
Nadere informatieDriehoeksongelijkheid en Ravi (groep 1)
Driehoeksongelijkheid en Ravi (groep 1) Trainingsdag 3, april 009 Driehoeksongelijkheid Driehoeksongelijkheid Voor drie punten in het vlak A, B en C geldt altijd dat AC + CB AB. Gelijkheid geldt precies
Nadere informatieNumerieke aspecten van de vergelijking van Cantor. Opgedragen aan Th. J. Dekker. H. W. Lenstra, Jr.
Numerieke aspecten van de vergelijking van Cantor Opgedragen aan Th. J. Dekker H. W. Lenstra, Jr. Uit de lineaire algebra is bekend dat het aantal oplossingen van een systeem lineaire vergelijkingen gelijk
Nadere informatieAlgoritmes en Priemgetallen. Hoe maak je een sleutelpaar voor RSA?
Algoritmes en Priemgetallen Hoe maak je een sleutelpaar voor RSA? Het recept van RSA Kies p q priemgetallen en bepaal N = pq Kies e Z N (publieke sleutel) Bepaal d e 1 mod φ N (privésleutel) x ed x kφ
Nadere informatie6 Ringen, lichamen, velden
6 Ringen, lichamen, velden 6.1 Polynomen over F p : irreducibiliteit en factorisatie Oefening 6.1. Bewijs dat x 2 + 2x + 2 irreducibel is in Z 3 [x]. Oplossing 6.1 Aangezien de veelterm van graad 3 is,
Nadere informatieDe wissel-eigenschap voor vermenigvuldigen Vermenigvuldigen kan in omgekeerde volgorde gebeuren, want voor ieder paar getallen a enbgeldt: a b=b a.
98 Algebra 3.3 Variabelen 3.3.1 Inleiding F= 9 5 15+32= 27+32=59 15 C= 59 F In de inleidende tekst aan het begin van dit hoofdstuk staat een afkorting waarmee de temperatuur in graden Celsius in graden
Nadere informatie1. REGELS VAN DEELBAARHEID.
REKENEN VIJFDE KLAS Luc Cielen 1. REGELS VAN DEELBAARHEID. Deelbaarheid door 10, 100, 1000 10: het laatste cijfer (= cijfer van de eenheden) is 0 100: laatste twee cijfers zijn 0 (cijfers van de eenheden
Nadere informatieII.3 Equivalentierelaties en quotiënten
II.3 Equivalentierelaties en quotiënten Een belangrijk begrip in de wiskunde is het begrip relatie. Een relatie op een verzameling is een verband tussen twee elementen uit die verzameling waarbij de volgorde
Nadere informatieCombinatoriek groep 1 & 2: Recursie
Combinatoriek groep 1 & : Recursie Trainingsweek juni 008 Inleiding Bij een recursieve definitie van een rij wordt elke volgende term berekend uit de vorige. Een voorbeeld van zo n recursieve definitie
Nadere informatieEen Stelling over Priemgetallen Bewezen op een Schaakbord Seminar Combinatorial Algorithms (voorjaar 2010)
Een Stelling over Priemgetallen Bewezen op een Schaakbord Seminar Combinatorial Algorithms (voorjaar 2010) Johan de Ruiter, johan.de.ruiter@gmail.com 27 april 2010 1 De stelling van Fermat over de som
Nadere informatie3.1 Haakjes wegwerken [1]
3.1 Haakjes wegwerken [1] Oppervlakte rechthoek (Manier 1): Opp. = l b = (a + b) c = (a + b)c Oppervlakte rechthoek (Manier 2): Opp. = Opp. Groen + Opp. Rood = l b + l b = a c + b c = ac + bc We hebben
Nadere informatieMemoriseren: Een getal is deelbaar door 10 als het laatste cijfer een 0 is. Of: Een getal is deelbaar door 10 als het eindigt op 0.
REKENEN VIJFDE KLAS en/of ZESDE KLAS Luc Cielen 1. REGELS VAN DEELBAARHEID. Luc Cielen: Regels van deelbaarheid, grootste gemene deler en kleinste gemeen veelvoud 1 Deelbaarheid door 10, 100, 1000. Door
Nadere informatie1 Complexe getallen in de vorm a + bi
Paragraaf in de vorm a + bi XX Complex getal Instap Los de vergelijkingen op. a x + = 7 d x + 4 = 3 b 2x = 5 e x 2 = 6 c x 2 = 3 f x 2 = - Welke vergelijkingen hebben een natuurlijk getal als oplossing?...
Nadere informatieOVER IRRATIONALE GETALLEN EN MACHTEN VAN π
OVER IRRATIONALE GETALLEN EN MACHTEN VAN π KOEN DE NAEGHEL Samenvatting. In deze nota buigen we ons over de vraag of een macht van π een irrationaal getal is. De aangereikte opbouw en bewijsmethoden zijn
Nadere informatieTweede Huiswerk Security 26 of 28 oktober, 11.00, Nabespreken op Werkcollege.
Tweede Huiswerk Security 26 of 28 oktober, 11.00, Nabespreken op Werkcollege. Kijk het huiswerk van je collega s na en schrijf de namen van de nakijkers linksboven en het totaalcijfer rechts onder de namen
Nadere informatieCombinatoriek groep 1
Combinatoriek groep 1 Recursie Trainingsdag 3, 2 april 2009 Getallenrijen We kunnen een rij getallen a 0, a 1, a 2,... op twee manieren definiëren: direct of recursief. Een directe formule geeft a n in
Nadere informatie