ratkaisut
Transcription
ratkaisut
246. Väite: Luku 31 704 – 22 271 on jaollinen luvulla 71. Todistus: 31704 − 22 271 ≡ 370⋅24 + 24 − 270⋅32 + 31 ≡ (370 ) 24 ⋅ 324 − (270 )32 ⋅ 231 ≡ 124 ⋅ 324 − 132 ⋅ 231 ≡ 324 − 231 1 704 Luku 3 370 ≡ 1(mod 71), 270 ≡ 1(mod 71) 324 ≡ (312 ) 2 ≡ 62 ≡ 36(mod 71) 231 ≡ (215 ) 2 ⋅ 2 ≡ 37 2 ⋅ 2 ≡ 40(mod 71) ≡ 36 − 40 ≡ 67(mod 71) – 22 271 ei ole jaollinen luvulla 71. Laudatur 11 MAA11 ratkaisut kertausharjoituksiin 1. Peruskäsitteitä 247. a) ”Kissa a on harmaa” on avoin lause, koska sen totuusarvo riippuu muuttujan a valinnasta. b) ”Lotta-kissa on musta” on suljettu lause, koska sillä on tietty totuusarvo. 2 c) ” = 9 ” on suljettu lause, koska sillä on tietty totuusarvo (epätosi). 5 d) ” x 2 − 2 x ≥ 5 ” on avoin lause, koska sen totuusarvo riippuu muuttujan x valinnasta. Vastaus: a) Avoin lause b) Suljettu lause c) Suljettu lause d) Avoin lause 248. p = ”Olen opiskelija.”, q = ”Olen töissä.” a) ¬p = ”En ole opiskelija.” b) ¬q = ”En ole töissä.” c) ¬ p ∧ q = ”En ole opiskelija, ja olen töissä.” d) p ⇒ ¬q = ”Jos olen opiskelija, niin en ole töissä.” e) ¬p ⇔ q = ”En ole opiskelija ainoastaan jos olen töissä.” Vastaus: a) ”En ole opiskelija.” b) ”En ole töissä.” c) ”En ole opiskelija, ja olen töissä.” d) ”Jos olen opiskelija, niin en ole töissä.” e) ”En ole opiskelija ainoastaan jos olen töissä.” 249. a) Lauseen p ⇒ ¬q pääkonnektiivi on implikaatio ( ⇒ ). p ⇒ ¬q p q ¬q 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 97 b) Lauseen ¬( p ∨ ¬q) pääkonnektiivi on negaatio ( ¬ ), joka on sulkeiden edessä. p ∨ ¬q ¬( p ∨ ¬q) p q ¬q 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 c) Lauseen p ∧ q ∨ r pääkonnektiivi on disjunktio ( ∨ ). p∧q p∧q∨r p q r 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 250. a) Lauseen p ∨ q ⇒ r pääkonnektiivi on implikaatio ( ⇒ ). p∨q p∨q ⇒ r p q r 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 b) Lauseen p ⇔ q ∧ r pääkonnektiivi on ekvivalenssi ( ⇔ ). q∧r p ⇔ q∧r p q r 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 98 c) Lauseen ( p ∧ ¬q) ∨ ¬p ∧ q pääkonnektiivi on (viimeinen) konjunktio ( ∧ ). p ∧¬q p q ¬q ¬p ( p ∧ ¬q ) ∨ ¬ p ( p ∧ ¬q ) ∨ ¬ p ∧ q 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 251. a) p ∧ (q ∨ r ) q∨r p q r 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 b) p ∨ (q ⇒ r ) q⇒r p q r 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 p ∧ (q ∨ r ) 1 1 1 0 0 0 0 0 p ∨ (q ⇒ r ) 1 1 1 1 1 0 1 1 252. p = ”x = −3” ja q = ”6x = −18” Lause q ⇒ p = ”Jos 6x = −18, niin x = −3.” Lause on tosi, sillä jos 6 x = −18 ⇔ x = −18 ⇔ x = −3 . 6 Vastaus: ”Jos 6x = −18, niin x = −3.”, lause on tosi. 253. Merkitään p = ”Ranta on lähellä.”, q = ”Oikealle menevä tie vie rantaan.” Herra 1: ”Ranta on lähellä tai oikealle menevä tie vie rantaan.” = p ∨ q Herra 2: ”Ranta on lähellä ja oikealle menevä tie vie rantaan.” = p ∧ q Herra 2: ”Jos ranta on lähellä, oikealle menevä tie johtaa rantaan.” = p ⇒ q 99 Laaditaan totuustaulu. p q 1: p ∨ q 2: p∧q 2: p⇒q 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 b) Koska herra 2 ei voi puhua sekä totta että valetta, tulevat vain rivit 1 ja 2 kysymykseen. Kummaltakin riviltä nähdään, että herra 1 puhuu totta, joten herra 2 valehtelee. c) Rivi 2 on totuuden mukainen rivi, joten Liisan on valittava vasemmalle vievä tie. Vastaus: b) Herra 1 puhuu totta ja herra 2 valehtelee. c) Liisan on valittava vasemmalle menevä tie. 2. Tautologia 254. a) Väite: Lause ¬(¬ p ∨ ¬ q) ⇔ ( p ∧ q) on tautologia. Todistus: ¬(¬ p ∨ ¬ q ) De Morganin laki ⇔ ¬(¬p ) ∧ ¬(¬q ) kaksoisnegaation laki ⇔ p∧q Koska lauseet ¬(¬ p ∨ ¬ q) ja p ∧ q ovat ekvivalentit, niin lause ¬(¬ p ∨ ¬ q) ⇔ ( p ∧ q) on tautologia. b) Väite: Lause [¬ p ⇒ (¬ q ∧ ¬ r )] ⇔ (q ∨ r ) ⇒ p on tautologia. Todistus: ¬ p ⇒ (¬ q ∧ ¬ r ) kontrapositiolaki ⇔ [¬(¬q ∧ ¬r ) ⇒ ¬(¬p )] ⇔ {[¬(¬q ) ∨ ¬(¬r )] ⇒ ¬(¬p )} De morganin laki kaksoisnegaation laki ⇔ [(q ∨ r ) ⇒ p ] Koska lauseet ¬ p ⇒ (¬ q ∧ ¬r ) ja (q ∨ r ) ⇒ p ovat ekvivalentit, niin lause [¬ p ⇒ (¬ q ∧ ¬ r )] ⇔ (q ∨ r ) ⇒ p on tautologia. 255. [( p ∨ q ) ∧ ¬ p ] ⇒ p Laaditaan totuustaulu. ¬p p∨q p q 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 ( p ∨ q ) ∧ ¬p 0 0 1 0 [( p ∨ q ) ∧ ¬ p ] ⇒ p 1 1 0 1 100 Koska lauseen [( p ∨ q ) ∧ ¬ p ] ⇒ p totuus ei ole riippumaton atomilauseiden totuusarvoista, lause ei ole tautologia. Vastaus: Lause ei ole tautologia. 256. [( p ⇒ q ) ∧ (q ⇒ r )] ⇒ ( p ⇒ r ) Laaditaan totuustaulu. p q r p ⇒ q q ⇒ r ( p ⇒ q ) ∧ (q ⇒ r ) 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 p⇒r 1 0 1 0 1 1 1 1 [( p ⇒ q ) ∧ (q ⇒ r )] ⇒ ( p ⇒ r ) 1 1 1 1 1 1 1 1 Koska lauseen [( p ⇒ q ) ∧ (q ⇒ r )] ⇒ ( p ⇒ r ) totuusarvo on riippumaton atomilauseiden totuusarvoista, lause on tautologia. Vastaus: Lause on tautologia. 257. Osoitetaan, että [( p ∧ ¬r ) ⇒ ¬q] ⇔ [q ⇒ (¬p ∨ r )] ( p ∧ ¬ r) ⇒ ¬ q kontrapositiolaki ⇔ [¬(¬q ) ⇒ ¬( p ∧ ¬r )] De Morganin laki ⇔ {¬(¬q ) ⇒ [(¬p ∨ ¬(¬r )]} kaksoisnegaation laki ja ⇔ [q ⇒ (¬p ∨ r )] q ⇒ (¬ p ∨ r ) ovat ekvivalentit. 258. Muodostetaan sellainen lause r lauseiden p ja q avulla, joka on tosi vain silloin, kun lause p on tosi ja lause q on epätosi, ja muulloin lause on epätosi. Totuustaulu p q r 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 Lause p ⇒ q on epätosi, kun lause p on tosi ja lause q on epätosi, muulloin lause on tosi. Kysytty lause on tämän lauseen negaatio, siis lause r voi olla r ⇔ ¬( p ⇒ q) 101 3. Predikaattilogiikka 259. Lause p( x) : x 2 + 1 = 2 Yhtälön ratkaisu (jos määrittelyjoukko on reaalilukujen joukko) x2 + 1 = 2 x2 = 1 x = ±1 a) Määrittelyjoukko on A = Z . Koska yhtälön molemmat ratkaisut kuuluvat määrittelyjoukkoon, ne kelpaavat. Ratkaisujoukko on {−1, 1} b) Määrittelyjoukko on A = {−2, − 1, 0} . Ratkaisuista vain x = −1 kuuluu määrittelyjoukkoon, joten ratkaisujoukko on {−1}. Vastaus: a) {−1, 1} b) {−1} 260. Lause p( x) : x > 1 ∧ x 2 ≤ 4 Lauseen ratkaisu (jos määrittelyjoukko on reaalilukujen joukko) x >1 ja x2 ≤ 4 x >1 ja x ≤2 x >1 Lukusuora ja −2≤ x ≤ 2 x>1 −2 1 2 x2 ≤ 4 x > 1 ∧ x2 ≤ 4 a) Kun määrittelyjoukko on A = Z , ratkaisuksi kelpaa vain luku 2. b) Kun määrittelyjoukko on A = R , niin ratkaisuksi kelpaa puoliavoin väli ]1,2]. Vastaus: a) {2} b) ]1,2] 1 1 ∈ \, ∉ Z . 2 2 b) Lause ∃x ∈ R : ( x ∈ Z) on tosi, sillä esimerkiksi 1 ∈ \ ja 1 ∈ Z . c) Lause ∀x ∈ Z : ( x ∈ R) on tosi, sillä kokonaislukujen joukko sisältyy reaalilukujen joukkoon. d) Lause ∃x ∈ Z : ( x ∈ R) on tosi, sillä kokonaislukujen joukko sisältyy reaalilukujen joukkoon. 261. a) Lause ∀x ∈ R : ( x ∈ Z) on epätosi, sillä esimerkiksi Vastaus: a) Epätosi b) Tosi c) Tosi d) Tosi 102 ⎛x ⎞ 262. ∃x ∈ Z + : ∀y ∈ Z + : ⎜ = 1⎟ y ⎝ ⎠ Lause on tosi, jos löytyy sellainen positiivinen kokonaisluku, joka jaettaessa millä tahansa positiivisella kokonaisluvulla antaa osamääräksi 1. Tämä on mahdotonta, koska kahden positiivisen kokonaisluvun osamäärä on yksi vain jos luvut ovat yhtä suuret. Lause on epätosi. Vastaus: Lause on epätosi. 263. Lause ∀x ∈ R :[ x = 2 ⇔ x 2 − 4 x + 4 = 0] Yhtälö x = 2 ⇔ ( x = −2 ∨ x = 2) Tarkastellaan lauseen ∀x ∈ R :[ x = 2 ⇔ x 2 − 4 x + 4 = 0] totuusarvoa, kun x ∈ \ . Epätodeksi todistamiseen riittää vain yksi esimerkki. Lasku totuusarvo lasku totuusarvo 2 2 x x =2 x = 2 x − 4x + 4 = 0 x − 4 x + 4 = 0 x = 2 ⇔ x2 − 4 x + 4 = 0 x ≠ ±2 −1 ≠ 2 0 (−1)2 − 4 ⋅ (−1) + 4 ≠ 0 0 1 x =−2 −2 = 2 1 (−2)2 − 4 ⋅ (−2) + 4 ≠ 0 0 0 x=2 2 =2 1 22 − 4 ⋅ 2 + 4 = 0 1 1 Lauseen totuusarvo ei ole riippumaton muuttujan x valinnasta, joten lause ei ole tautologia. Vastaus: Ei ole 264. a) Lause ∀x ∈ R : ∃y ∈ R : x 2 − y 2 = 0 on tosi, jos jokaiselle reaaliluvulle x löytyy ainakin yksi reaaliluku y siten, että x 2 − y 2 = 0 ⇔ x 2 = y 2 . Lause on tosi, sillä esimerkiksi voidaan valita, että x = y . b) Lause ∃y ∈ R : ∀x ∈ R : x 2 − y 2 = 0 on epätosi, koska x 2 − y 2 = 0 ⇔ x 2 = y 2 ja vain samojen lukujen tai vastalukujen neliöt ovat yhtä suuret. Ei ole olemassa sellaista reaalilukua, jonka neliö olisi yhtä suuri kuin minkä tahansa muun reaaliluvun neliö. Vastaus: a) Tosi b) Epätosi 265. Lause ∀x ∈ \ : q ( x) on tosi. a) ∀x ∈ \ : ¬q( x) Jos lause q(x) kaikilla reaaliluvuilla, niin ei voi olla yhtään sellaista reaalilukua, jolle lause q(x) ei olisi tosi. Näin ollen lauseen q(x) negaatio ei olla tosi millään reaaliluvulla. Voidaan siis päätellä totuusarvo. 103 b) ∃x ∈ \ : q( x) Jos lause q(x) kaikilla reaaliluvuilla, niin ei voi olla yhtään sellaista reaalilukua, jolle lause q(x) ei olisi tosi. Näin ollen lause ∃x ∈ \ : q( x) on aina tosi. Voidaan siis päätellä totuusarvo. Vastaus: a) Voidaan b) Voidaan 4. Todistusmenetelmiä 266. Merkitään p = ”Olio on hyönteinen”, q = ”Oliolla on 3 jalkaparia” Päättelyn formalisointi Hyönteisillä on 3 jalkaparia. Hämähäkillä on 4 jalkaparia. Tästä seuraa, että hämähäkki ei ole hyönteinen. [( p ⇒ q) ∧ ¬q] ⇒ ¬p Laaditaan totuustaulu lauseelle [( p ⇒ q) ∧ ¬q] ⇒ ¬p p q ¬ p ¬ q p ⇒ q [( p ⇒ q ) ∧ ¬q ] [( p ⇒ q) ∧ ¬q] ⇒ ¬p 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 Koska lause on tautologia, päättely on oikea. 1 1 1 1 Vastaus: Päättely on oikea. 3 ∨ x = 7) 8 Todistetaan ensin implikaatio vasemmalta oikealle ( ⇒ ) 8x2 − 53x − 21 = 0 267. 8x2 − 53x − 21 = 0 ⇔ ( x = − −(−53) ± (−53) 2 − 4 ⋅ 8 ⋅ (−21) 2 ⋅8 3 x1 = − 8 x2 = 7 Todistetaan implikaatio oikealta vasemmalle ( ⇐ ) 3 Sijoitetaan x = − 8 x= 2 72 159 ⎛ 3⎞ ⎛ 3⎞ + − 21 = 0 8 ⋅ ⎜ − ⎟ − 53 ⋅ ⎜ − ⎟ − 21 = 8 8 64 8 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Sijoitetaan x = 7 8 ⋅ 72 − 53 ⋅ 7 − 21 = 0 Koska implikaatiot ovat kumpaankin suuntaan tosia, on ekvivalenssi tosi. , 104 268. a) Oletus: n on pariton Väite: 2n − 1 on pariton Todistus: Merkitään n = 2k + 1 2n − 1 = 2(2k + 1) −1 = 4k + 3 = 4k + 2 + 1 = 2(2k + 1) + 1, joka on pariton. b) Oletus: n on pariton Väite: 2n − 1 on pariton Todistus: Vastaväite: 2n − 1 on parillinen Merkitään 2n − 1 = 2p, p ∈ ] 2n − 1 = 2p 2n = 2p +1 Päädyttiin ristiriitaan, koska yhtälön vasemmalla puolella on parillinen luku ja oikealla puolella pariton, joten väite on oikea. , 269. Oletus: x < y ja a < b Väite: x + a < y + b Todistus: x<y +a x +a < y + a < y + b On osoitettu, että jos x < y ja a < b, niin x + a < y + b. , 270. Oletus: Suunnikkaan vastakkaiset sivut ovat yhdensuuntaiset. Väite: Suunnikkaan vastakkaiset kulmat ovat yhtä suuret Todistus: α α β β α β β α Kun kaksi yhdensuuntaista suoraa leikkaa kaksi muuta keskenään yhdensuuntaista suoraa, muodostuu yhtä suuret samankohtaiset kulmat, jotka ovat suunnikkaan vastakkaiset kulmat. , 271. x 2 + 2 x + 3 x + 2 3 ≥ 0 Vastaesimerkki 7 Sijoitetaan x = − 4 2 ⎛ 7⎞ ⎛ 7⎞ ⎛ 7⎞ ⎜ − 4 ⎟ + 2 ⋅ ⎜ − 4 ⎟ + 3 ⋅ ⎜ − 4 ⎟ + 2 3 = −0, 00448... < 0 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Joten epäyhtälö ei ole tosi kaikilla reaaliluvuilla x. Vastaus: Epäyhtälö ei ole tosi kaikilla reaaliluvuilla x. 105 272. a > b ⇒ a > b Vastaesimerkki Sijoitetaan a = −2 ja b = −1 −2 > −1 mutta −2 < −1 Vastaus: Lause on epätosi. 273. x > 3 ⇒ x + 1,9 − x 2 − 9 > 2 Vastaesimerkki Sijoitetaan x = 48 48 + 1,9 − 482 − 9 = 1,993... < 2 Vastaus: Lause on epätosi. 274. a) ∀x ∈ \ : 2 x > x Vastaesimerkki Sijoitetaan x = 0 2⋅0 = 0 > 0 b) ∃x ∈ \ : − x 2 + x − 9 ≥ 0 Tutkitaan funktiota f ( x ) = − x 2 + x − 9 Nollakohdat D = 12 − 4 ⋅ ( −1) ⋅ ( −9) = −35 < 0 ei nollakohtia Kuvaaja on alaspäin aukeava paraabeli, joten funktio saa vain negatiivisia arvoja. 5. Alkuluvut 275. a) 72 = 23 ⋅ 32 b) 198 = 2 ⋅ 32 ⋅ 11 c) 448 = 26 ⋅ 7 276. a) 117 = 32 ⋅ 13 d) 1 125 = 32 ⋅ 53 g) 2 436 = 22 ⋅ 3 ⋅ 7 ⋅ 29 b) 638 = 2 ⋅ 11 ⋅ 29 c) 725 = 52 ⋅ 29 2 e) 1 425 =3 ⋅ 5 ⋅ 19 f) 2 110 = 2 ⋅ 5 ⋅ 211 h) 227 052 = 22 ⋅ 32 ⋅ 7 ⋅ 17 ⋅ 53 277. Poistetaan luvusta 29 505 viimeinen numero 5 ja jäljelle jäävästä luvusta 2 950 vähennetään alkuperäinen viimeinen numero 5 kerrottuna kahdella eli 10 2 950 − 10 = 2 940 Toistetaan menettely luvulle 2 940 294 − 2 ⋅ 0 = 294 Toistetaan menettely luvulle 294 29 − 2 ⋅ 4 = 21 106 Koska luku 21 on jaollinen seitsemällä, on luku 294 jaollinen seitsemällä ja luku 2 940 sekä alkuperäinen luku 29 505 jaollinen seitsemällä. Vastaus: On jaollinen luvulla 7. 278. Luku ei ole jaollinen yhdellätoista, koska sen numeroista vuorotellen yhteen ja vähennyslaskulla saatu luku 3 − 8 + 5 − 6 + 4 − 4 + 2 − 8 + 0 − 9 + 8 − 4 + 0 − 9 + 4 − 0 + 1 − 1 + 1 = −26 ei ole jaollinen yhdellätoista. Vastaus: Ei ole jaollinen yhdellätoista. 279. 1 471 ≈ 38 Koska luku 1 373 ei ole jaollinen luvuilla 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31 ja 37, se on alkuluku. Vastaus: Luku 1 471 on alkuluku. 280. a) 12 = 22 ⋅ 3 40 = 23 ⋅ 5 syt(12, 40) = 22 = 4 pyj (12,4 0) = 23 ⋅ 3 ⋅ 5 = 120 b) 8 = 23 90 = 2 ⋅ 32 ⋅ 5 126 = 2 ⋅ 32 ⋅ 7 syt(8, 90, 126) = 2 pyj (8, 90, 126) = 23 ⋅ 32 ⋅ 5 ⋅ 7 = 2 520 Vastaus: a) 4 ja 120 b) 2 ja 2 520 281. a) 56 = 23 ⋅ 7 70 = 2 ⋅ 5 ⋅ 7 84 = 22 ⋅ 3 ⋅ 7 syt(56, 70, 84) = 2 ⋅ 7 = 14 pyj(56, 70, 84) = 23 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ 7 = 840 b) 54 = 2 ⋅ 33 153 = 32 ⋅ 17 171 = 32 ⋅ 19 syt(54, 153, 171) = 32 = 9 pyj(54, 153, 171) = 2 ⋅ 33 ⋅ 17 ⋅ 19 = 17 442 Vastaus: a) 14 ja 840 b) 9 ja 17 442 107 282. 12 22 ⋅ 3 4 = = a) 87 3 ⋅ 29 29 253 11 ⋅ 23 11 = = b) 1173 3 ⋅17 ⋅ 23 51 c) 1 918 2 ⋅ 7 ⋅137 137 = = 2996 22 ⋅ 7 ⋅107 214 Vastaus: a) 4 29 b) 11 51 c) 137 214 283. Oletus: n ∈ ` Väite: 5n3 + n on parillinen. Todistus: Jaetaan todistus kahteen osaan. 1) n on parillinen 5n3 + n = n(5n2 + 1) tulo on parillinen, koska n on parillinen 2) n on pariton 5n3 + n on pariton, koska parittomien lukujen tulo on pariton ja parittomien lukujen summa on parillinen. , 6. Jaollisuus ja lukujärjestelmät 284. a) 123 874 = 11261 · 11 + 3 b) 123 874 = 6 519 · 19 + 13 Vastaus: Jakojäännös on a) 3 b) 13. 285. a) 4215 = 4 · 52 + 2 · 51 + 1 · 50 = 111 b) 11 101 1112 =1 · 27 + 1 · 26 + 1 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 = 239 c) 56,38 = 5 · 81 + 6 · 50 + 3 · 8–1 = 46,375 d) FF,A16 = 15 · 161 + 15 · 160 + 10 · 16–1 = 255,625 Vastaus: a) 111 b) 239 c) 46,375 d) 255,625 286. a) 291 = 5 · 58 + 1 = 5·(5 · 11 + 3) + 1 = 52 · 11 + 3 · 5 + 1 = 52·(2 · 5 + 1) + 3 · 5 + 1 = 2 · 53 + 1 · 52 + 3 · 51 + 1 · 50 = 2 1315 b) 291 = 2 · 145 + 1 = 2·(2 · 72 + 1) + 1 = 22 · 72 + 2 + 1 = 22 · 8 · 9 + 2 + 1 = 22 · 23 · 9 + 2 + 1 = 25·(2 · 4 + 1) + 2 + 1 = 28 + 25 + 2 + 1 = 100 100 0112 c) 291 = 16 · 18 + 3 = 16(1 · 16 + 2) + 3 = 1 · 162 + 2 · 16 + 3 =12316 Vastaus: a) 2 1315 b) 100 100 0112 c) 12316 108 287. a) 101 294 000 024·846 000 723 = (101 294·106 + 24)·(846 · 106 + 723) = 85 694 724 · 1012 + 73 235 562 · 106 + 20 304 · 106 + 17 352 = 85 694 797 255 866 017 352 b) Jakolasku 987 654 321 123 456: 543 1818884569 288 543 987 654321123456 987 654 012 309123456 309123384 72 987 654 321 123 456: 543 = 1 818 884 569 288 jää 72 Vastaus: a) 85 694 797 255 866 017 352 b) 1 818 884 569 288 jää 72 288. a) 75 – 1 = (7 – 1)·2 801 =2·3·2 801 b) 113 + 1 = (11 + 1)·111 = 2 · 2 · 3 · 3 · 37 =22 · 32 · 37 c) 318 – 1 = (39 – 1)·(39 + 1) = [(33)3 – 1]·[(33)3 + 1] = (33 – 1)·757·(33 + 1)·703 = 26 · 757 · 28 · 703 = 2 · 13 · 757 · 2 · 2 · 7 · 19 · 37 = 23 · 7 · 13 · 19 · 37 · 757 Vastaus: a) 2·3·2 801 b) 22·32·37 c) 23·7·13·19·37·757 289. Tekijöihin jako 214 – 1 = (27 – 1)·(27 + 1) = 127 · 3 · 43 Luvun pienin tekijä on 3. Luvun suurin tekijä on 127 · 43 = 5 461 Vastaus: Luvun 214 – 1 suurin tekijä, joka on pienempi kuin luku itse on 5 461. 290. 2 4 6 4 008 4 010 4 010 4 008 6 4 2 ⋅ ⋅ ⋅ ... ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ... ⋅ ⋅ ⋅ = 22 005 2 005 2 004 2 003 2 1 2 005 2 004 3 2 1 Vastaus: Luku alkutekijöinä on 2 2 005 . 291. Tekijöihin jako 222 + 1 = (211)2 + 2 · 211 + 1 – 2 · 211 = (211 + 1)2 – 212 = (211 + 1 + 26)·(211 + 1 – 26) = 2 113 · 1 985 = 2 113 · 5 · 397 Vastaus: Alkutekijät ovat 5, 397 ja 2 113. 292. Ykköset x Kymmenet y Sadat z Luku 100z + 10y + x 109 Yhtälöryhmä ⎧ y = 3z ⎪ ⎨x = y −1 ⎪100 z + 10 y + x = 100 x + 10 y + z − 297 ⎩ ⎧ y = 3z ⎪ ⎨x = y −1 ⎪99 z − 99 x = −297 ⎩ Ratkaisemalla yhtälöryhmä saadaan x = 5, y = 6 ja z = 2. Vastaus: Luku on 265. 293. Ykköset x Kymmenet y Sadat z Luku 100z + 10y + x, missä x, y, z ∈ ` Yhtälöryhmä ⎧ x + y + z = 10 y + x ⎨ 2 2 2 ⎩ x + y + z = 118 ⎧z = 9 y ⎨ 2 2 2 ⎩ x + y + z = 118 Kun sijoitetaan ylempi yhtälö alempaan, saadaan x2 + 82y2 = 118. Koska x, y, z ∈ ` , niin ainoa ratkaisu on y = 1 ja x = 6, jolloin z = 9. Vastaus: Luku on 916. 294. Luku 1 on 10 – x, missä x on oikean käden ojentamatta jätettyjen sormien lukumäärä. Luku 2 on 10 – y, missä y on vasemman käden ojentamatta jätettyjen sormien lukumäärä. Lukujen tulo (10 – x)(10 – y) = 100 – 10y – 10x + xy = 10(10 – x – y) + xy Edellä olevassa lausekkeessa xy on ojentamatta jääneiden sormien tulo. Lisäksi ojennettujen sormien lukumäärä on 10 – x – y. 8. Eukleideen algoritmi 295. a) 36 = 1 · 28 + 8 28 = 3 · 8 + 4 8=2·4 syt(28, 36) = 4 b) 231 = 3 · 63 + 42 63 = 1 · 42 + 21 42 = 2 · 21 syt(63, 231) = 21 110 c) 1 013 = 1 · 735 + 278 735 = 2 · 278 + 179 278 = 1 · 179 + 99 179 = 1 · 99 + 80 99 = 1 · 80 + 19 80 = 4 · 19 + 4 19 = 4 · 4 + 3 4=1·3+1 3=3·1 syt(735, 1 013) = 1 Vastaus: a) 4 b) 21 c) 1 296. a) Lukujen 408 ja 425 suurin yhteinen tekijä 425 = 1 · 408 + 17 408 = 17 · 24 Supistetaan luvulla 17. 17) 408 24 = 425 25 b) Lukujen 1 456 ja 2 856 suurin yhteinen tekijä 2 856 = 1 · 1 456 + 1 400 1 456 = 1 · 1 400 + 56 1 400 = 25 · 56 Supistetaan luvulla 56. 56) 1456 26 = 2856 51 c) Lukujen 15 868 ja 24 760 suurin yhteinen tekijä 24 760 = 1 · 15 868 + 8 892 15 868 = 1 · 8 892 + 6 976 8 892 = 1 · 6 976 + 1 916 6 976 = 3 · 1 916 + 1 228 1 916 = 1 · 1 228 + 688 1 228 = 1 · 688 + 540 688 = 1 · 540 + 148 540 = 3 · 148 + 96 148 = 1 · 96 + 52 96 = 1 · 52 + 44 52 = 1 · 44 + 8 44 = 5 · 8 + 4 8=2·4 Supistetaan luvulla 4. 4) 15868 3967 = 24 760 6190 Vastaus: a) 3967 24 26 b) c) 25 51 6190 111 297. a) 98 = 1 · 78 + 20 78 = 3 · 20 + 18 20 = 1 · 18 + 2 18 = 9 · 2 Syt(78, 98) = 2 Lineaarikombinaatio 2 = 20 – 18 = 20 – (78 – 3·20) = 4 · 20 – 78 = 4·(98 – 78) – 78 = 4 · 98 – 5 · 78 Vastaus: Suurin yhteinen tekijä 2 ja lineaarikombinaatio on 2 = 4 · 98 – 5 · 78 298. 3 892 = 1 · 3 164 + 728 3 164 = 4 · 728 + 252 728 = 2 · 252 + 224 252 = 1 · 224 + 28 224 = 8 · 28 syt(3 164, 3 892) = 28 Lineaarikombinaatio 28 = 252 – 224 = 252 – (728 – 2 · 252) = 3 · 252 – 728 = 3·(3 164 – 4 · 724) – 728 = 3 · 3 164 – 13 · 724 = 3 · 3 164 – 13·(3 892 – 3 164) = 16 · 3 164 – 13·3 892 Vastaus: Suurin yhteinen tekijä 28 ja lineaarikombinaatio on 28 = 16 · 3 164 – 13 · 3 892 299. a) Diofantoksen yhtälö x – 3y = 1 Haetaan lukujen 1 ja 3 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 3=3·1 Lineaarikombinaatio 1 = 1 · 1 + 0 1·1–3·0=1 Yksityisratkaisu x0 = 1 ja y0 = 0 Yleinen ratkaisu b −3 ⎧ ⎪ x = x0 + n ⋅ syt(a, b) = 1 + n 1 = 1 − 3n = 1 + 3n ⎪ ⎨ a 1 ⎪y = y − n⋅ = 0 − n = − n = n, n ∈ ] 0 ⎪⎩ syt(a, b) 1 b) Diofantoksen yhtälö 13x – 25y = 18 Haetaan lukujen 13 ja 25 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 25 = 1 · 13 + 12 13 = 1 · 12 + 1 12 = 12 · 1 Syt(13, 25) = 1 = 13 – 12 = 13 – (25 – 13) = 2 · 13 – 25 13 · 2 – 25 · 1 = 1 |·18 13 · 36 – 25 · 18 = 18 |13x – 25y = 18 Yksityisratkaisu x0 = 36 ja y0 = 18 112 Yleinen ratkaisu b −25 ⎧ ⎪ x = x0 + n ⋅ syt(a, b) = 36 + n 1 = 36 − 25n = 11 + 25n ⎪ ⎨ 13 a ⎪y = y − n⋅ = 18 − n = 18 − 13n = 5 + 13n, n ∈ ] 0 syt(a, b) 1 ⎩⎪ c) Diofantoksen yhtälö 14x – 6y = 1 Haetaan lukujen 6 ja 14 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 14 = 2 · 6 + 2 6=3·2 Syt(6, 14) = 2 = 14 – 2 · 6 14 · 1 – 6 · 2 = 2 Koska yhtälön vasemmalle puolelle pitäsi saada pariton luku, joka on mahdotonta, niin yhtälöllä ei ole ratkaisua. ⎧ x = 1 + 3n ⎧ x = 11 + 25n b) ⎨ Vastaus: a) ⎨ y = n , n ∈ ] ⎩ ⎩ y = 5 + 13n, n ∈ ] c) Yhtälöllä ei ole ratkaisua. 300. Diofantoksen yhtälö 10x + 8y = 36 Haetaan lukujen 8 ja 10 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 10 = 1 · 8 + 2 8=4·2 Syt(8, 10) = 2 = 10 – 8 10 · 1 + 8·(–1) = 2 |·18 10 · 18 + 8·(–18) = 36 |10x + 8y = 36 Yksityisratkaisu x0 = 18 ja y0 = –18 Yleinen ratkaisu 8 b ⎧ ⎪ x = x0 + n ⋅ syt(a, b) = 18 + n 2 = 18 + 4n = 2 + 4n ⎪ ⎨ 10 a ⎪y = y − n⋅ = −18 − n = −18 − 5n = 2 + 5n, n ∈ ] 0 syt(a, b) 2 ⎩⎪ ⎧ x = 2 + 4n Vastaus: Kaikki ratkaisut ovat ⎨ . ⎩ y = 2 + 5 n, n ∈ ] 301. Yhtälön x2 – y2 = 15 kokonaislukuratkaisut Yhtälön vasemmalla puolen oleva luku 15 voidaan jakaa tekijöihin seuraavasti: 15 = 1 · 15 = 15 · 1 = –1·(–15) = –15·(–1) = 3 · 5 = 5 · 3 = –3·(–5) = –5·(–3) Täten yhtälön oikealla puolella olevan lausekkeen x2 – y2 = (x – y) (x + y) tekijöiden pitää olla samat kuin yhtälön oikealla puolen olevat tekijät. Saadaan kahdeksan yhtälöparia ja niille ratkaisut 113 ⎧x − y = 1 ⎨ ⎩ x + y = 15 ⎧x = 8 ⎨ ⎩y = 7 ⎧ x − y = 15 ⎨ ⎩x + y = 1 ⎧ x − y = −1 ⎨ ⎩ x + y = −15 ⎧x = 8 ⎨ ⎩ y = −7 ⎧ x = −8 ⎨ ⎩ y = −7 ⎧ x − y = −15 ⎨ ⎩ x + y = −1 ⎧ x = −8 ⎨ ⎩y = 7 ⎧x − y = 3 ⎨ ⎩x + y = 5 ⎧x − y = 5 ⎨ ⎩x + y = 3 ⎧ x − y = −3 ⎨ ⎩ x + y = −5 ⎧x = 4 ⎨ ⎩y =1 ⎧x = 4 ⎨ ⎩ y = −1 ⎧ x = −4 ⎨ ⎩ y = −1 ⎧ x − y = −5 ⎨ ⎩ x + y = −3 ⎧ x = −4 ⎨ ⎩y =1 ⎧ x = −8 ⎧ x = − 8 ⎧ x = 4 ⎧ x = 4 ⎧x = 8 ⎧x = 8 , ⎨ , ⎨ , ⎨ , ⎨ , ⎨ , Vastaus: Ratkaisuja ovat ⎨ ⎩ y = 7 ⎩ y = −7 ⎩ y = −7 ⎩ y = 7 ⎩ y = 1 ⎩ y = − 1 ⎧ x = −4 ⎧ x = −4 tai ⎨ . ⎨ ⎩ y = −1 ⎩y =1 302. Kolmen litran astioita x kpl Viiden litran astioita y kpl Marjoja oli 31 litraa Saadaan Diofantoksen yhtälö 3x + 5y = 31 Haetaan lukujen 3 ja 5 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 5=1·3+2 3=1·2+1 2=2·1 Syt(3, 5) = 1 = 3 – 1 · 2 = 3 –1·(5 – 1 · 3) = 2 · 3 – 1 · 5 3 · 2 + 5·(–1) = 1 |·31 3 · 62 + 5·(–31) = 31 |3x + 5y = 31 Yksityisratkaisu x0 = 62 ja y0 = –31 Yleinen ratkaisu 5 b ⎧ ⎪ x = x0 + n ⋅ syt(a, b) = 62 + n 1 = 62 + 5n = 2 + 5n ⎪ ⎨ a 3 ⎪y = y − n⋅ = −31 − n = 5 − 3n, n ∈ ] 0 ⎪⎩ syt(a, b) 1 Koska x ≥ 0, niin 2 + 5n ≥ 0 eli n ≥ –0,4 114 Koska y ≥ 0, niin 5 – 3n ≥ 0 eli n ≤ 1,66… Kokonaisluvut, jotka toteuttavat ehdot ovat 0 ja 1. Sijoittamalla n = 0, saadaan x = 2 ja y = 5. Sijoittamalla n = 1, saadaan x = 7 ja y = 2. Näistä pienempi pussien määrä saadaan kun n = 0. Vastaus: Anni tarvitsi vähintään 2 kolmen litran ja 5 viiden litran astiaa. 9. Kokonaislukujen kongruenssi 303. a) 32 ≡ 6(mod 5) on epätosi, sillä 32 – 6 = 26 = 5 · 5 + 1 eli 5 | (32 – 6) b) −25 ≡ 11(mod 6) on tosi, sillä –25 – 11 = –36 = –6 · 6 eli 6| (–25 – 11) c) 73 ≡ 3(mod 7) on tosi, sillä 73 – 3 = 70 = 10 · 7 eli 7| (73 – 3) Vastaus: Lause on a) epätosi b) tosi c) tosi. 304. a) 2 157 = 196 · 11 + 1, joten jakojäännös on 1 a) 12 132 = 1 102 · 11 + 10, joten jakojäännös on 10 a) 10 273 = 933 · 11 + 10, joten jakojäännös on 10 Vastaus: Jakojäännös on a) 1 b) 10 c) 10. 305. Vuonna 2005 jouluaatto oli lauantai a) Päivästä 24.12.1991 päivään 24.12.2005 päiviä on 14 · 365 + 4 = 5 114 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 5 114 ≡ 730 · 7 + 4 ≡ 4(mod 7) 24.12.1991 oli tiistai. b) Päivästä 2.12.1900 päivään 6.12.2005 päiviä on 105 · 365 + 26 = 38 351 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 38 351 ≡ 5 478 · 7 + 5 ≡ 5(mod 7) 6.12.1939 oli maanantai. c) Päivästä 24.12.1600 päivään 6.12.2005 päiviä on 405 · 365 + 98 = 147 923 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 147 923 ≡ 21 131 · 7 + 6 ≡ 6(mod 7) 6.12.1917 oli sunnuntai. Vastaus: Viikonpäivä oli a) tiistai b) maanantai c) sunnuntai. 306. Vuonna 2005 jouluaatto oli lauantai. a) Päivästä 24.12.2005 päivään 24.12.2025 päiviä on 20 · 365 + 5 = 7 305 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 7 305 ≡ 1 043 · 7 + 4 ≡ 4(mod 7) 24.12.2025 on keskiviikko. b) Päivästä 24.12.2005 päivään 24.12.2100 päiviä on 95 · 365 + 23 = 34 698 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 34 698 ≡ 4 956 · 7 + 6 ≡ 6(mod 7) 24.12.2100 on sunnuntai. 115 c) Päivästä 24.12.2005 päivään 24.12.3000 päiviä on 995 · 365 + 241 = 363 416 Lasketaan kongruenssi modulo 7. 363 416 ≡ 51 916 · 7 + 4 ≡ 4(mod 7) 24.12.3000 on keskiviikko. Vastaus: Viikonpäivä on a) keskiviikko b) perjantai c) keskiviikko. 307. a) 2 x ≡ 1(mod 7) 2x – 1 = 7y 2x – 7y = 1 Haetaan lukujen 2 ja 7 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 7=3·2+1 2=2·1 Syt(2, 7) = 1 = 7 – 3 · 2 2 · (–3) – 7 · (–1) = 1 |2x – 7y = 1 Yksityisratkaisu x0 = –3 ja y0 = –1 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −7 = −3 + n = −3 − 7 n = 4 + 7 n , n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 b) 15 x ≡ 16(mod17) 15x – 17y = 16 Haetaan lukujen 15 ja 17 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 17 = 1 · 15 + 2 15 = 7 · 2 + 1 2=2·1 Syt(15, 17) = 1 = 15 – 7·2 = 15 – 7·(17 – 1 · 15) = 8 · 15 – 7 · 17 15 · 8 – 17 · 7 = 1 |·16 15 · 128 – 17 · 112 = 16 |15x – 17y = 16 Yksityisratkaisu x0 = 128 ja y0 = 112 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −17 = 128 + n = 128 − 17n = 9 + 17 n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 Vastaus: a) x = 4 + 7n, n ∈ ] a) x = 9 + 17n, n ∈ ] 308. a) 24 x ≡ 3(mod 45) 24x – 3 = 45y 24x – 45y = 3 Haetaan lukujen 24 ja 45 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 45 = 1 · 24 + 21 24 = 1 · 21 + 3 21 = 7 · 3 Syt(24, 45) = 3 = 24 – 21 = 24 – (45 – 24) = 2 · 24 – 45 24 · 2 – 45 · 1 = 3 |24x – 45y = 3 Yksityisratkaisu x0 = 2 ja y0 = 1 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −45 = 2+n = 2 − 45n = 2 + 45n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 116 17 x ≡ 15(mod 51) b) 17x – 51y = 15 Haetaan lukujen 17 ja 51 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 51 = 3 · 17 Syt(17, 51) = 17 Koska syt(17, 51) ei ole luvun 15 moninkerta, niin Diofantoksen yhtälöllä ei ole ratkaisua. Täten myös korgruenssiyhtälöllä ei ole ratkaisua. Vastaus: a) x = 2 + 45n, n ∈ ] b) Ei ratkaisua. 309. a) 12 x + 4 ≡ 3(mod 35) 12x + 4 – 3 = 35y 12x – 35y = –1 |:(–1) 35y – 12x = 1 Haetaan lukujen 12 ja 35 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 35 = 2 · 12 + 11 12 = 1 · 11 + 1 11 = 11 · 1 Syt(12, 35) = 1 = 12 – 11 = 12 – (35 – 2 · 12) = 3 · 12 – 35 35 · (–1) – 12 · (–3) = 1 |12x – 35y = 1 Yksityisratkaisu x0 = –3 ja y0 = –1 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b 35 = −3 + n = 32 + 35n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 Pienin positiivinen ratkaisu on 32. 19 x + 13 ≡ 18(mod 55) b) 19x + 13 – 18 = 55y 19x – 55y = 5 Haetaan lukujen 19 ja 55 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 55 = 2 · 19 + 17 19 = 1 · 17 + 2 17 = 8 · 2 + 1 2=2·1 Syt(19, 55) = 1 = 17 – 8 · 2 = 17 – 8· (19 – 17) = 9 · 17 – 8 · 19 = 9·(55 – 2 · 19) – 8 · 19 = 9 · 55 – 26 · 19 19 · (–26) – 55 · 9 = 1 |·5 19 · (–130) – 55 · 45 = 5 |24x – 45y = 3 Yksityisratkaisu x0 = –130 ja y0 = 45 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −55 = −130 + n = −130 − 55n = 35 + 55n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 Pienin positiivinen ratkaisu on 35. Vastaus: Pienin positiivinen ratkaisu on a) 32 b) 35. 117 310. 5 247 ⋅ 7 25 + 31021 ⋅1014 ≡ 9 ⋅ 583 ⋅ 7 25 + (3446 ⋅ 9 + 7) ⋅1014 ≡ 0 + 7 ⋅10 14 5 247 ≡ 0(mod 9),31021 ≡ 7(mod 9) 10 ≡ 1(mod 9) ≡ 7 ⋅114 ≡ 7(mod 9) Vastaus: Jakojäännös on 7. 311. Luvun kaksi viimeistä numeroa saadaan laskemalla kongruenssi modulo 100. a) Luvun kaksi viimeistä numeroa 3387 ≡ 36⋅64 + 3 ≡ (36 )64 ⋅ 33 36 ≡ 729 ≡ 29(mod100) ≡ 2964 ⋅ 27 ≡ 294⋅16 ⋅ 27 ≡ (294 )16 ⋅ 27 ≡ 8116 ⋅ 27 ≡ 814⋅4 ⋅ 27 ≡ (814 ) 4 ⋅ 27 ≡ 214 ⋅ 27 294 ≡ 81(mod100) 814 ≡ 21(mod100) 214 ≡ 81(mod100) ≡ 81 ⋅ 27 ≡ 87(mod100) Luvun kaksi viimeistä numeroa ovat 87. 3387 = 2129⋅3 = (3129 )3 = (3,537055373 ⋅1061 )3 = 3, 5370553733 ⋅10183 ≈ 44, 25 ⋅10183 Luvun kaksi ensimmäistä numeroa ovat 44. b) 991032 ≡ 991032 99 ≡ −1(mod100) ≡ (−1)1032 ≡ 1(mod100) Luvun kaksi viimeistä numeroa ovat 01. 991032 = 9950⋅20 + 32 = (9950 ) 20 ⋅ 9932 = (6, 050060672 ⋅1099 ) 20 ⋅ 7, 249803359 ⋅1063 = 6, 05006067220 ⋅101980 ⋅ 7, 249803359 ⋅1063 = 4,317124756 ⋅1015 ⋅101980 ⋅ 7, 249803359 ⋅1063 ≈ 31, 298 ⋅102 058 Luvun kaksi ensimmäistä numeroa ovat 31. Vastaus: Luvun kaksi ensimmäistä ja viimeistä numeroa ovat a) 44 ja 87 b) 31 ja 01 10. Jäännösluokat 312. a) 5 + 146 = 151 = 12 · 12 + 7 Kello näyttää 7. b) 5 + 1 428 = 1 433 = 119 · 12 + 5 Kello näyttää 5. c) 5 + 21 432 = 21 437 = 1 786 · 12 + 5 Kello näyttää 5. Vastaus: Kaappikello näyttää kellonaikaa a) 7 b) 5 c) 5. 118 313. –34 = –12 · 3 + 2 –23 = –8 · 3 + 1 –12 = –4 · 3 2=0·3+2 16 = 5 · 3 + 1 18 = 6 · 3 26 = 8 · 3 + 2 Vastaus: Samaan jäännösluokkaan kuuluvut –12 ja 18 tai –23 ja 16 tai –34, 2 tai 26. 314. Lasketaan joukossa ]13 . a) [8] + [12] = [20] = [7] b) [9] ⋅ [7] = [63] = [11] c) [5]·([2] + [6]) + [8]·[6] = [5]·[8] + [48] = [40] + [48] = [88] = [10] Vastaus: a) [7] b) [11] c) [10] 315. Laaditaan yhteenlasku- ja ketolaskutaulukko jäännösluokassa ] 7 Yhteenlaskutaulukko jäännösluokassa ] 7 + [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [0] [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [1] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [0] [2] [2] [3] [4] [5] [6] [0] [1] [3] [3] [4] [5] [6] [0] [1] [2] [4] [4] [5] [6] [0] [1] [2] [3] [5] [5] [6] [0] [1] [2] [3] [4] [6] [6] [0] [1] [2] [3] [4] [5] Kertolaskutaulukko jäännösluokassa ] 7 [0] [1] [2] [3] [4] ⋅ [0] [0] [0] [0] [0] [0] [1] [0] [1] [2] [3] [4] [2] [0] [2] [4] [6] [1] [3] [0] [3] [6] [2] [5] [4] [0] [4] [1] [5] [2] [5] [0] [5] [3] [1] [6] [6] [0] [6] [5] [4] [3] [5] [0] [5] [3] [1] [6] [4] [2] [6] [0] [6] [5] [4] [3] [2] [1] Ratkaistaan yhtälö [2][x] = [1]. Katsotaan kertolaskutaulukon riviä [2]. Haetaan riviltä alkio [1]. Tällöin [x] = 4. Vastaus: [x] = 4 316. Katsotaan vastaus edellisen tehtävän taulukoista. Alkion [4] vasta-alkio on [3], sillä [4] + [3] = 0. Alkion [4] käänteisalkio on [2], sillä [4]·[2] = 1. Vastaus: Alkion [4] vasta-alkio on [3] ja käänteisalkio on [2]. 119 317. Luvun [15] ja sen vasta-alkion [x] summa on [0] lukujoukossa ] 37 , joten se toteuttaa yhtälön [15] + [x] = 0. Käänteisalkio on [x] = –[15] = [22]. Luvun [15] ja sen käänteisalkion [x] tulo on [1] lukujoukossa ] 37 , joten se toteuttaa kongruenssin 15x ≡ 1(mod 37). 15x – 37y = 1 Haetaan lukujen 15 ja 37 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 37 = 2 · 15 + 7 15 = 2 · 7 + 1 7=7·1 Syt(15, 37) = 1 = 15 – 2·7 = 15 – 2·(37 – 2 · 15) = 5 · 15 – 2 · 37 Täten [5]·[15] – [2]·[37] = [1] | [37] = [0] [5]·[15] = 1 Luvun [15] käänteisalkio on [5]. Vastaus: Luvun [15] vasta-alkio on [22] ja käänteisalkio on [5]. 318. Ratkaistaan yhtälö [15][x] = [4] lukujoukossa ] 23 . [15][x] = [4] 15 x ≡ 4(mod 23) 15x – 23y = 4 Haetaan lukujen 15 ja 23 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 23 = 1 · 15 + 8 15 = 1 · 8 + 7 8=1·7+1 7=7·1 Syt(15, 23) = 1 = 8 – 7 = 8 – (15 – 8) = 2 · 8 – 15 = 2·(23 – 15) – 15 = 2 · 23 – 3 · 15 15 · (–3) – 23 · (–2) = 1 |·4 15 · (–12) – 23 · (–8) = 4 |15x – 23y = 4 Yksityisratkaisu x0 = –12 ja y0 = –8 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −23 = −12 + n = −12 − 23n = 11 + 23n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 Yhtälön ratkaisu [15][x] = [4] [x] = [11] Vastaus: [x] = [11] 120 319. Caesar’in yhteenlaskumenetelmässä käytetään 29 kirjainta ja avaimena on k = 9. a) Viestin ”Kaunis iltapäivä” salaus. Viesti Koodi Salauskoodi Salaus K 10 19 T a 0 9 j u 20 0 a n 13 22 x i 8 17 r s 18 27 ö 28 8 i i 8 17 r l 11 20 u t 19 28 a 0 9 j p 15 24 z ä 26 6 g i 8 17 r v 21 1 b ä 26 6 g b) Salausavain k = 9 Purkuavain k = –9 Viestin ” ru jzgrbgjaärxty” purku: Salaus Koodi Purkukoodi r 17 8 u 20 11 28 19 j 9 0 z 24 15 g 6 26 r 17 8 b 1 21 g 6 26 j 9 0 a 0 20 ä 26 17 r 17 8 x 22 13 t 19 10 y 23 14 Viesti i l t a p ä i v ä a u r i n k o Vastaus: a) Salattu viesti on ”Tjaxröiru jzgrbg”. b) Purettu viesti on ”iltapäiväaurinko”. 121 320. a) Viesti on salattu Caesar’in kertolaskumenetelmällä käyttäen 29 merkkiä (aakkoset ja välilyönti), sekä avaimena k = 19. Salakirjoitetaan viesti ”Hyvää huomenta”. Salaus Salauskoodi Koodi Viesti H 7 17 R y 23 2 c v 21 22 x ä 26 1 b ä 26 1 b 28 10 k h 7 17 r u 20 3 d o 14 5 f m 12 25 å e 4 18 s n 13 15 p t 19 13 n a 0 0 a b) Viesti on salattu Caesar’in kertolaskumenetelmällä käyttäen 29 merkkiä (aakkoset ja välilyönti), sekä avaimena k = 19. Avaa viesti ” ru jzgrbgjaärxty”. Viestin kirjain [x] Salattu viestin kirjain [y] Salaus [19] ·[x] = [y] |·[19]–1 [x] = [19]–1 · [y] Määritetään alkion [19] käänteisalkio lukujoukossa ] 29 Luvun [19] ja sen käänteisalkion [x] tulo on [1] lukujoukossa ] 29 , joten se toteuttaa kongruenssin 19x ≡ 1(mod 29). 19x – 29y = 1 Haetaan lukujen 9 ja 29 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 29 = 1 · 19 + 10 19 = 1 · 10 + 9 10 = 1 · 9 + 1 9=9·1 Syt(19, 29) = 1 = 10 – 9 = 10 – (19 – 10) = 2 · 10 – 19 = 2·(29 – 19) – 19 = 2 · 29 – 3 · 19 Täten [2]·[29] – [3]·[19] = [1] | [29] = [0] –[3]·[19] = 1 Luvun [19] käänteisalkio on [–3] = [26] 122 Purkuavaain k–1= 26 Salaus Salauskoodi y 23 a 0 g 6 a 0 q 16 h 7 e 4 ä 26 f 5 h 7 n 13 d 3 y 23 n 13 a 0 k 10 ä 26 a 0 k 10 å 25 a 0 n 13 s 18 å 25 a 0 n 13 h 7 h 7 q 16 q 16 a 0 a 0 Koodi 18 0 11 0 10 8 17 9 14 8 19 20 18 19 0 28 9 0 28 12 0 19 4 12 0 19 8 8 10 10 0 0 Viesti s a l a k i r j o i t u s t a j a m a t e m a t i i k k a a Vastaus: a) Salattu viesti on ”Rcxbbkrdfåspna”. b) Purettu viesti on ”salakirjoitusta ja matematiikkaa” 11. Mielenkiintoisia lukuteorian ongelmia 321. Koska 1 001 = 7·11·13, niin 21 001 – 1 ei ole Mersennen alkuluku. Vastaus: Ei ole. 123 322. Luku 200 neljän neliön summana 200 = 10 · 20 = (1 + 9)·(4 + 16) = (12 + 32)·(22 + 42) = 12 · 22 + 12 · 42 + 32 · 22 + 32 · 42 = 22 + 42 + 62 + 122 Vastaus: Luku 5 780 on neljän neliön summana 22 + 42 + 62 + 122. 323. Lasketaan 12522(mod 53). 12522 ≡ 1252⋅10 + 2 ≡ (1252 )10 ⋅122 1252 ≡ 1(mod 53) ≡ 110 ⋅144 ≡ 144 ≡ 38(mod 53) Vastaus: Ei ole. 324. Tuhatta suurempia alkulukukaksosia ovat esimerkiksi 1 019 ja 1 021, 1 031 ja 1 033 sekä 1 049 ja 1 051 jne… Vastaus: 1 019 ja 1 021. 325. Lasketaan 3 269·30463 modulo 47. 3 269 ⋅ 30463 ≡ (69 ⋅ 47 + 26) ⋅ 3046⋅10 + 3 3269 ≡ 26(mod 47) ≡ 26 ⋅ (3046 )10 ⋅ 303 3046 ≡ 1(mod 47) ≡ 26 ⋅110 ⋅ 27 000 ≡ 702 000 ≡ 14936 ⋅ 47 + 8 ≡ 8(mod 47) Vastaus: Jakojäännös on 8. 326. Lasketaan 57529 – 13 444·21 432 modulo 107. 57529 − 13444 ⋅ 21432 ≡ 57106⋅5 −1 − (125 ⋅107 + 69) ⋅ (200 ⋅107 + 32) ≡ (57106 )5 ⋅ 57 −1 − 69 ⋅ 32 13444 ≡ 69(mod107) 21432 ≡ 32(mod107) 57106 ≡ 1(mod107) ≡ 15 ⋅ 57 −1 − 2 208 ≡ 57 −1 − (20 ⋅107 + 68) 2 208 ≡ 68(mod107) −1 ≡ 57 − 68(mod107) Lasketaan luvun 57 käänteisalkio lukujoukossa ] 107 . Luvun [57] ja sen käänteisalkion [x] tulo on [1] lukujoukossa ] 107 , joten se toteuttaa kongruenssin 57x ≡ 1(mod 107). 57x – 107y = 1 Haetaan lukujen 57 ja 107 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 107 = 1 · 57 + 50 57 = 1 · 50 + 7 50 = 7 · 7 + 1 7=7·1 Syt(57, 107) = 1 = 50 – 7 · 7 = 50 – 7·(57 – 50) = 8 · 50 – 7 · 57 = 8·(107 – 57) – 7 · 57 = 8 · 107 – 15 · 57 Täten [8]·[107] – [15]·[57] = [1] | [107] = [0] [–15]·[57] = 1 Luvun [57] käänteisalkio on [–15] = [92]. 124 Jatketaan kongruenssin laskemista. 57529 − 12 344 ⋅ 21432 ≡ 57 −1 − 68 57 −1 = 92 ≡ 92 − 68 ≡ 24(mod 107) Vastaus: Jakojäännös on 24. Harjoituskoe 1 1. a) Lause ¬p ⇒ p ∨ q p∨q ¬p ⇒ p ∨ q p q ¬p 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 Koska lauseen ¬p ⇒ p ∨ q totuusarvo ei ole riippumaton atomilauseiden totuusarvoista, lause ei ole tautologia. b) Merkitään p = ”Jukka menee Pori Jazziin.”, q = ”Jukka menee Ruisrockiin.”, r = ”Jukka menee Rauma Bluesiin.” Jos hän menee Poriin, eikä mene Raumalle, niin hän menee Ruisrockiin. = ( p ∧ ¬r ) ⇒ q Hän menee Ruisrockiin jos ja vain jos hän menee Raumalle. = q ⇔ r Jos Jukka menee Raumalle, niin hän menee myös Poriin. = r ⇒ p Laaditaan totuustaulu p q r ¬ r p ∧ ¬r 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 ( p ∧ ¬r ) ⇒ q 1 1 1 0 0 1 1 1 q⇔r r⇒ p 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 Koska vain rivillä 1 kaikki totuusarvot ovat samoja, Jukka menee kaikkiin (Pori Jazz, Ruisrock ja Rauma Blues). Vastaus: a) Lause ei ole tautologia. b) Jukka menee kaikkiin. 125 2. a) Lukujen 1 134 ja 154 751 suurin yhteinen tekijä Käytetään Eukleideen algoritmia 154 751 = 136 ⋅1 134 + 527 1 134 = 2 ⋅ 527 + 80 527 = 6 ⋅ 80 + 47 80 = 1 ⋅ 47 + 33 47 = 1 ⋅ 33 + 14 33 = 2 ⋅14 + 5 14 = 2 ⋅ 5 + 4 5 = 1⋅ 4 + 1 4 = 4 ⋅1 + 0 syt(1 134, 154 751) = 1 b) syt(a, b) ⋅ pyj(a, b) = a ⋅ b pyj(1 134,154 751) = 1 134 ⋅154 751 1 134 ⋅154 751 = = 175 487 634 syt(1 134,154 751) 1 Vastaus: a) syt(1 134, 154 751) = 1 b) pyj(1 134,154 751) = 175 487 634 3. a D b : joko a mutta ei b, tai sitten, joko ei a tai b. a D b ⇔ [(a ∧ ¬b) ∨ (¬a ∨ b)] a b ¬b a ∧ ¬ b ¬a 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 ¬a ∧ b 0 0 1 0 a D b ⇔ [(a ∧ ¬b) ∨ (¬a ∨ b)] 1 1 1 0 Vastaus: a D b ⇔ [(a ∧ ¬b) ∨ (¬a ∨ b)] , a D b on epätosi vain jos molemmat ovat , muuten tosi. 4. a) 13 ≡ 6 (mod 7), 132 = 169 ≡ 1(mod 7) 1313 ≡ (132 )6 ⋅13 ≡ 16 ⋅ 6 ≡ 6 (mod 7) Jakojäännös on siis 6 126 b) 72 x + 5 y = 3 Haetaan syt(72, 5) Eukleideen algoritmilla: 72 = 14 ⋅ 5 + 2 5 = 2⋅ 2 +1 2 = 2 ⋅1 syt(72, 5) = 1 Lausutaan syt(72, 5) = 1 lukujen 72 ja 5 lineaarikombinaationa. Koska Eukleideen algoritmissa 5=2 ⋅ 2 + 1, niin 1 = 5− 2⋅2 72 = 14 ⋅ 5 + 2 ⇔ 2 = 72 − 14 ⋅ 5 1 = 5 − 2 ⋅ (72 − 14 ⋅ 5) 1 = 5 − 2 ⋅ 72 + 28 ⋅ 5 1 = −2 ⋅ 72 + 29 ⋅ 5 Yhtälön 72 x + 5 y = 1 eräs ratkaisu on x = −2 ja y = 29 Yhtälön 72 x + 5 y = 3 yksi ratkaisu 72 x + 5 y = 1 ⋅3 72 x ⋅ 3 + 5 y ⋅ 3 = 1 ⋅ 3 x = −2, y = 29 72 ⋅ (−2) ⋅ 3 + 5 ⋅ 29 ⋅ 3 = 3 72 ⋅ (−6) + 5 ⋅ 87 = 3 Yksi yhtälön 72 x + 5 y = 3 ratkaisu on x = −6 ja y = 87 . Vastaus: a) Jakojäännös 6 b) x = −6 ja y = 87 5. a) 2 x ≡ 5 (mod 5) 2x − 5 = 5 y 2x − 5 y = 5 Ratkaistaan Diofantoksen yhtälön 2 x − 5 y = 5 ratkaisu. Lukujen 2 ja 5 suurin yhteinen tekijä 5 = 2 ⋅ 2 +1 2 = 2 ⋅1 syt(5, 2)=1 Lineaarikombinaatio 1 = 5 − 2 ⋅ 2 ⇔ −2 ⋅ 2 + 5 ⋅ (−1) = 1 , joten yhtälön 2 x − 5 y = 1 eräs ratkaisu on x = −2, y = −1 2x − 5 y = 1 ⋅5 2 x ⋅ 5 − 5 y ⋅ 5 = 1⋅ 5 x = −2, y = −1 2 ⋅ (−2) ⋅ 5 + 5 ⋅ (−1) ⋅ 5 = 5 2 ⋅ (−10) + 5 ⋅ (−5) = 5 127 Diofantoksen yhtälön ax + by = −c kaikista ratkaisuista tarvitaan vain x ja x0 = −10 x = x0 + n ⋅ b −5 = −10 + n ⋅ = 10 − 5n syt (a, b) 1 b) 9 x ≡ 2(mod 7) 9 x ≡ 2(mod 7) 9x − 2 = 7 y 9x − 7 y = 2 Ratkaistaan Diofantoksen yhtälön 9 x − 7 y = 2 ratkaisu. Lukujen 7 ja 9 suurin yhteinen tekijä 9 = 1⋅ 7 + 2 7 = 3⋅ 2 +1 2 = 2 ⋅1 syt(9, 7)=1 Lineaarikombinaatio 1 = 7 − 3⋅ 2 = 7 − 3 ⋅ (9 − 1 ⋅ 7) = 7 − 3⋅9 + 3⋅ 7 = −3 ⋅ 9 + 4 ⋅ 7 joten yhtälön 9 x − 7 y = 1 eräs ratkaisu on x = −3, y = −4 9x − 7 y = 1 ⋅2 9 x ⋅ 2 − 7 y ⋅ 2 = 1⋅ 2 x = −3, y = −4 9 ⋅ (−3) ⋅ 2 + 7 ⋅ (−4) ⋅ 2 = 2 9 ⋅ (−6) + 7 ⋅ (−8) = 2 Diofantoksen yhtälön ax + by = −c kaikista ratkaisuista tarvitaan vain x ja x0 = −6 x = x0 + n ⋅ b −7 = −6 + n ⋅ = −6 − 7 n syt (a, b) 1 6. Z 2 = {[0], [1]} Yhteenlasku [0] + [0] = [0 + 0] = [0] [0] + [1] = [0 + 1] = [1] [1] + [0] = [1 + 0] = [1] [1] + [1] = [1 + 1] = [2] = [0] + [0] [0] [0] [1] [1] [1] [1] [0] 128 Kertolasku [0] ⋅ [0] = [0 [0] ⋅ [1] = [0 [1] ⋅ [0] = [1 [1] ⋅ [1] = [1 [0] ⋅ [0] [0] [1] [0] ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 0] = [0] 1] = [0] 0] = [0] 1] = [1] [1] [0] [1] 7. a) 1. 2 kissaa menee 2. 1 kissa palaa 3. 1 koira menee 4. 1 kissa palaa 5. 2 kissaa menee 6. 1 kissa palaa 7. 1 koira menee 8. 1 kissa palaa 9. 2 kissaa menee Eli jokaista koiraa kohden tarvitaan 2 kissaa, sitten vielä kissojen paluut: 4 ⋅ 2 + 1 = 9. b) Jokaiselle koiralle tarvitaan 4 reissua ja 2 kissaa 2 kissaa 1 kissa 1 koira 1 kissa Jos koiria on n kappaletta reissuja tarvitaan 4n. Tämän jälkeen haetaan kissat. Rannalla 2 kissaa, niin lisää tulee yksi matka (paluu) Rannalla 3 kissaa, niin 1 paluu ja sitten sekä meno että paluu Rannalla 4 kissa, niin 1 paluu ja sitten 2 kertaa sekä meno että paluu Eli aina, kun kissojen määrä luvusta kaksi kasvaa yhdellä, matkojen määrä kasvaa kahdella. Kissojen määrä kasvaa kahdella matkojen määrä kasvaa 2 ⋅ 2 = 4 :llä. Näin ollen näyttää siltä, että jos rannalla on n koiraa ja n kissaa, matkoja on koirat 4n kissat 1+ 2(n − 2) yhteensä 4n + 1 + 2(n − 2) = 6n − 3 Osoitetaan oikeakasi induktiolla. Väite: Matkoja 6n − 3 kappaletta, kun kissoja ja koiria on n kappaletta ja n ≥ 2 Todistus: Alkuaskel: Osoitetaan, että väite on tosi, kun n = 2. 129 Matkoja 6n − 3 = 6 ⋅ 2 − 3 = 9 kappaletta, mikä pitää tehtävän a-kohdan perusteella paikkansa. Induktioaskel Induktio-oletus: Väite on tosi, kun n = k , k > 2 . Matkoja tarvitaan 6k − 3 kappaletta Induktio väite : Jos väite on tosi n:n arvolla k, niin se on tosi n:n arvolla k + 1 Matkoja tarvitaan 6(k + 1) − 3 = 6k + 3 kappaletta Todistus: Induktio-oletuksen mukaan k koiraa ja k kissaa pääsee leirille tekemällä 6k − 3 matkaa. Tämän jälkeen vastarannalla on vielä yksi koira ja yksi kissa. Yksi kissa lähtee, koiraan menee saarelle (2 matkaa) Yksi kissa lähtee, 2 kissaa palaa (2 matkaa) Yksi kissa lähtee 2 kissaa palaa (2 matkaa) Matkojen määrä: 6k − 3 + 2 + 2+ 2 = 6k +3. Joten induktio-oletuksesta seuraa induktio väite. Koska alkuaskel ja induktioaskel on todistettu, niin alkuperäinen väite pitää paikkansa. 8. Jokainen positiivinen kokonaisluku on muotoa 4q, 4q + 1, 4q + 2 tai 4q + 3 , q ∈ ] + Olkoon s mielivaltainen kakkosta suurempi alkuluku. s ≠ 4q , sillä alkuluku ei ole jaollinen luvulla 4 = 2 ⋅ 2 s ≠ 2q + 4 , sillä s = 2q + 4 = 2(q + 2) , eli jaollinen luvulla kaksi. Näin ollen s = 4q + 1 tai s = 4q + 3 . Jos s = 4q +1, se yhtä suurempi kuin neljällä jaollinen luku 4q Jos s = 4q + 3, se on yhtä pienempi kuin neljällä jaollinen luku 4q + 4 = 4(q + 1) Harjoituskoe 2 1. a) 1235 = 1 ⋅ 52 + 2 ⋅ 51 + 3 = 3810 b) 101 = 26 + 25 + 22 + 1 = 11001012 Vastaus: a) 3810 b) 11001012 2. p 1 1 1 1 0 0 0 0 q 1 1 0 0 1 1 0 0 ¬q 0 0 1 1 0 0 1 1 p ∨ ¬q 1 1 1 1 0 0 1 1 r 1 0 1 0 1 0 1 0 (p ∨ ¬ q) ⇒ r 1 0 1 0 1 1 1 0 130 3. a) 76 – 1 = (73 + 1)(73 − 1) = 344 ⋅ 342 = 23 ⋅ 43 ⋅ 2 ⋅ 32 ⋅ 19 = 24 ⋅ 32 ⋅ 19 ⋅ 43 b) 236 – 1 = (218 + 1)( 218 − 1) = 262 145 ⋅ 262 143 = 5 ⋅ 13 ⋅ 37 ⋅ 109 ⋅ 33 ⋅ 7 ⋅ 19 ⋅ 73 = 33 ⋅ 5 ⋅ 7 ⋅ 13 ⋅ 19 ⋅ 37 ⋅ 73 ⋅ 109 Vastaus: a) 24 ⋅ 32 ⋅ 19 ⋅ 43 b) 33 ⋅ 5 ⋅ 7 ⋅ 13 ⋅ 19 ⋅ 37 ⋅ 73 ⋅ 109 4. p 1 1 0 0 q ¬p ¬q 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 5. + [0] [1] [2] [0] [0] [1] [2] [1] [1] [2] [0] [2] [2] [0] [1] [0] [0] [0] [0] [1] [0] [1] [2] [2] [0] [2] [1] ⋅ [0] [1] [2] [2][x] = [1] p∨q 0 1 1 0 p ∧ ¬q ¬p∧q 0 1 0 0 0 0 1 0 ( p ∧ ¬q ) ∨ ( ¬ p ∧ q ) 0 1 1 0 jäännösluokassa ] 3 Kertolaskutaulukosta nähdään ,että yhtälön ratkaisu on [x] = [2] Vastaus: [x] = [2] 6. a) 5 x ≡ 2(mod 8) x 5 x ≡ 2(mod 8) 0 5 ⋅ 0 = 0 ≡ 2(mod 8) 1 5 ⋅1 = 5 ≡ 2(mod 8) 2 5 ⋅ 2 = 10 ≡ 2(mod 8) 3 5 ⋅ 3 = 15 ≡ 2(mod 8) 4 5 ⋅ 4 = 20 ≡ 2(mod 8) 5 5 ⋅ 5 = 25 ≡ 2(mod 8) 6 5 ⋅ 6 = 30 ≡ 2(mod 8) 7 5 ⋅ 7 = 35 ≡ 2(mod 8) Taulukosta nähdään, että x = 2 + 8n, n ∈ ] 131 b) 2 x ≡ 1(mod 9) x 2 x ≡ 1(mod 9) 0 2 ⋅ 0 = 0 ≡ 1(mod 9) 1 2 ⋅1 = 1 ≡ 1(mod 9) 2 2 ⋅ 2 = 4 ≡ 1(mod 9) 3 2 ⋅ 3 = 6 ≡ 1(mod 9) 4 2 ⋅ 4 = 8 ≡ 1(mod 9) 5 2 ⋅ 5 = 10 ≡ 1(mod 9) 6 2 ⋅ 6 = 12 ≡ 1(mod 9) 7 2 ⋅ 7 = 14 ≡ 1(mod 9) 8 2 ⋅ 8 = 16 ≡ 1(mod 9) Taulukosta nähdään, että x = 5 + 9n, n ∈ ] Vastaus: a) x = 2 + 8n, n ∈ ] b) x = 5 + 9n, n ∈ ] 7. 12x + 7y = 220 syt(7, 12) = 1 1 = 7 − 1⋅ 6 = 7 − 1 ⋅ (4 ⋅ 12−(6 ⋅ 7) = 7 −4 ⋅ 12 + 6 ⋅ 7 = 7 ⋅ 7 −4 ⋅ 12 7 ⋅ 7 − 4 ⋅ 12 = 1 ⋅ 220 1 540 ⋅ 7 − 880 ⋅ 12 = 220 x0 = −880 y0 = 1 540 7 ⎧ ⎪⎪ x = −880 + n ⋅ 1 = −880 + 7 n ,n∈] ⎨ ⎪ y = 1540 − n ⋅ 12 = 1540 − 12n 1 ⎩⎪ ⎧ x = −880 + 7 n Vastaus : ⎨ ,n∈] ⎩ y = 1540 − 12n 132 8. a) (n − 2) 2 + (n − 1) 2 + n 2 + (n + 1) 2 + (n + 2) 2 = n 2 − 4n + 4 + n 2 − 2n + 1 + n 2 + n 2 + 2n + 1 + n 2 + 4n + 4 = 5n 2 + 10 = 5(n 2 + 2) Joten viiden peräkkäisen luonnollisen luvun neliöiden summa on jaollinen luvulla 5. , b) Oletus: Viiden peräkkäisen luonnollisen luvun neliöiden summa on 5(n2 + 2). Väite: Viiden peräkkäisen luonnollisen luvun neliöiden summa ei voi olla minkään luonnollisen luvun neliö. Todistus: Jotta 5(n2 + 2) olisi luonnollisen luvun neliö, olisi luvun n2 + 2 tekijänä oltava luku 5. Tämä on mahdotonta, koska silloin luvun n2 viimeinen numero pitäisi olla 3, mutta mahdollisia numeroita ovat vain: 02 = 0 12 = 1 22 = 4 32 = 9 42 = 16 52 = 25 62 = 36 72 = 49 82 = 64 92 = 81 Joten viiden peräkkäisen luonnollisen luvun neliöiden summa ei voi olla minkään luonnollisen luvun neliö. , Harjoituskoe 3 1. Jaetaan tekijöihin. a) 120 = 10 · 12 = 2 · 5 · 2 · 2 · 3 = 23 · 3 · 5 168 = 4 · 42 = 2 · 2 · 2 · 3 · 7 = 23 · 3 · 7 264 = 4 · 66 = 2 · 2 · 2 · 3 · 11 = 23 · 3 · 11 pyj(120, 168, 264) = 23·3·5·7·11 = 9 240 b) 297 = 9 · 33 = 3 · 3 · 3 · 11 352 = 4 · 88 = 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 11 = 25 · 11 syt(297, 352) = 11 Vastaus: a) Suurin yhteinen tekijä on 9 240. b) Pienin yhteinen jaettava on 11. 2. Taulukoidaan lause L: ( A ⇒ B ∨ C ) ⇔ [¬A ∧ ¬B ∧ ¬C ] . A ⇒ B ∨ C ¬A ¬B ¬C A B C B∨C 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 Vastaus: Lause ei ole tautologia. 133 ¬A ∧ ¬B 0 0 0 0 0 0 1 1 ¬A ∧ ¬B ∧ ¬ C 0 0 0 0 0 0 0 1 L 0 0 0 1 0 0 0 1 3. 235k = 1647 2k 2 + 3k + 5 = 1⋅ 7 2 + 6 ⋅ 71 + 4 ⋅ 7 0 2k 2 + 3k + 5 = 95 2k 2 + 3k − 90 = 0 k = 6 tai k = −7,5 Vastaus: 6-järjestelmässä Ei käy, k > 0 4. Ensimmäinen alkuluku a = 2n + 1, missä n ∈ ] Toinen alkuluku b = 2m + 1, missä m ∈ ] Alkulukujen tulo ab =(2n + 1)·(2m + 1) = 4mn + 2n + 2m + 1 = 2·(2mn + m + n) + 1 Tulo on pariton, koska 2mn + m + n ∈ ] , kun m ∈ ] ja n ∈ ] . Tällöin luku 2·(2mn + m + n) on parillinen ja siihen kun lisätään 1 saadaan pariton luku. 5. Määrätään Eukleideen algoritmilla syt(25 568, 13 630) 25 568 = 1 · 13 630 + 11 938 13 630 = 1 · 11 938 + 1 692 11 938 = 7 · 1 692 + 94 1 692 = 18 · 94 Jakoyhtälöiden viimeinen jakojäännös on syt(25 568, 13 630) = 94. Kertoimien määritys 94 = 11 938 – 7 · 1 692 = 11 938 – 7·(13 630 – 11 938) = 8 · 11 938 – 7 · 13 630 = 8·(25 568 – 13 630) – 7 · 13 630 = 8·25 568 – 15 · 13 630 Vastaus: syt(25 568, 13 630) = 94 sekä x = 8 ja y = –15. 6. 27 x ≡ 3 (mod 16) 27x – 16y = 3 Haetaan lukujen 16 ja 27 suurin yhteinen tekijä Eukleideen algoritmilla. 27 = 1 · 16 + 11 16 = 1 · 11 + 5 11 = 2 · 5 + 1 5=5·1 Syt(16, 27) = 1 = 11 – 2 · 5 = 11 – 2·(16 – 11) = 3 · 11 – 2 · 16 = 3·(27 – 16) – 2 · 16 = 3 · 27 – 5 · 16 27 · 3 – 16 · 5 = 1 |·3 27 · 9 – 16 · 15 = 3 |27x – 16y = 3 Yksityisratkaisu x0 = 9 ja y0 = 15 Diofantoksen yhtälön yleisestä ratkaisusta tarvitaan vain muuttujan x ratkaisu b −16 = 9+n = 9 + 16n, n ∈ ] x = x0 + n ⋅ syt(a, b) 1 Vastaus: x = 9 + 16n, n ∈ ] 7. 1251·(562 + 55) = 771 867 = 59 374 · 13 + 5 Vastaus: Jakojäännös on 5. 134 8. Suoritetaan jakolasku 123 456 789 101 112:24 jakokulmassa. 5144 032879 213 24 123456 789101112 123456 768 21101112 21101112 0 Koska jakojäännös on nolla, niin kello on 9.00. Vastaus: Kello on 9.00. 135