diff --git a/07-teorie-cisel/teorie-cisel.tex b/07-teorie-cisel/teorie-cisel.tex index 35500c34ff1495c927723fb7a71b897bedd2d113..bcd3365bc9df69b3c837524fdecdc9697779f62f 100644 --- a/07-teorie-cisel/teorie-cisel.tex +++ b/07-teorie-cisel/teorie-cisel.tex @@ -306,6 +306,76 @@ $x^{\varphi(n)} \equiv x^{jk} \equiv (x^j)^k \equiv 1^k \equiv 1$. \subsection{Činská věta o~zbytcích} +Nyní se zamysleme nad tím, jak najít číslo~$x$, které dává modulo~$N_1$ +zadaný zbytek~$a_1$ a modulo~$N_2$ zbytek~$a_2$. Řešíme tedy soustavu kongruencí: +$$\eqalign{ + x&\equiv a_1 \pmod{N_1} \cr + x&\equiv a_2 \pmod{N_2} \cr +}$$ +Především si můžeme všimnout, že najdeme-li nějaké řešení, přičtením +libovolného násobku čísla $N=N_1N_2$ získáme další řešení. Stačí se tedy +omezit na $x\in\Z_N$. + +Také si všimneme, že jsou-li $N_1$ a~$N_2$ soudělná, nemusí řešení vůbec +existovat -- například v~soustavě +$$\eqalign{ + x&\equiv 2 \pmod 6 \cr + x&\equiv 3 \pmod 8 \cr +}$$ +první kongruence vynucuje, aby $x$~bylo sudé, zatímco druhá, aby bylo liché. +Za chvíli uvidíme, že soudělnost je jediná překážka. + +\obs{ +Nechť $N_1\perp N_2$. +Uvažme funkci $f: \Z_N \rightarrow \Z_{N_1} \times \Z_{N_2}$ +definovanou takto: +$$ + f(x) = (x\bmod N_1, x\bmod N_2). +$$ +Zamysleme se nad jejími vlastnostmi: +\list{n.} + +\:Nejprve si všimneme, že $f$ je prostá. +Pokud $f(x)=f(y)$, pak $x \bmod N = y \bmod N_1$, tedy $N_1 \divs (x-y)$. +Podobně dostaneme $N_2 \divs (x-y)$. Jelikož $N_1\perp N_2$, plyne z~toho +také $N \divs (x-y)$. To je ovšem pro $x,y\in\Z_N$ možné jen tehdy, když $x=y$. + +\:Každá prostá funkce mezi dvěma stejně velkými množinami ovšem musí být bijekce. +To znamená, že naše soustava kongruencí má pro každé $a_1$ a~$a_2$ právě +jedno řešení $f\inv(a_1,a_2)$. + +\:Naše funkce~$f$ je dokonce izomorfismus okruhů $Z_N$ a $Z_{N_1} \times \Z_{N_2}$. +(Součinem okruhů $R_1$ a~$R_2$ se myslí okruh, jehož nosná množina je kartézský +součin nosných množin $R_1\times R_2$ a operace se aplikují po složkách.) +Platí totiž $f(0)=(0,0)$, $f(1)=(1,1)$, $f(x+y) = f(x) + f(y)$ a $f(xy) = f(x)\cdot f(y)$. + +\endlist +} + +Tím jsme dokázali speciální případ takzvané Čínské věty o~zbytcích.\foot{Čínská +se jí říká proto, že byla známa už ve starověké Číně. Zkracuje se jako CRT -- +Chinese Remainder Theorem.} Ukážeme si její dvě verze: + +\theoremn{Čínská zbytková neboli CRT}{ +Nechť $N_1,\ldots,N_k$ jsou navzájem nesoudělná kladná čísla, +$N=N_1\cdot\ldots\cdot N_k$ a $a_i\in\Z_{N_i}$ pro $i=1,\ldots,k$. +Pak existuje právě jedno $x\in\Z_N$ takové, že $x\bmod N_i = a_i$ pro všechna~$i$. +} + +\theoremn{Algebraicka formulace CRT}{ +Nechť $N_1,\ldots,N_k$ jsou navzájem nesoudělná kladná čísla a +$N=N_1\cdot\ldots\cdot N_k$. +Pak funkce $f: \Z_N \rightarrow Z_{N_1} \times \ldots \times \Z_{N_k}$ +definovaná jako $f(x) = (x\bmod N_1, \ldots, x\bmod N_k)$ +je izomorfismus okruhů $Z_N$ a $Z_{N_1} \times \ldots \times \Z_{N_k}$. +} + +\proof +Pro $k=1$ jsou obě věty triviální, pro $k=2$ jsme je už dokazali. +Dále pokračujeme indukcí podle~$k$, přičemž případ pro $k=2$ použijeme +jako indukční krok. +\qed + \subsection{Eulerova funkce} \section{Faktorizace versus prvočíselnost}