Kínai maradéktétel

A kínai maradéktétel a több kongruenciából álló szimultán kongruenciarendszerek megoldhatóságára ad választ. Már több mint 2000 évvel ezelőtt ismerte egy kínai matematikus, Szun Cu; innen a tétel mai neve.

A tétel tulajdonképpen a következő feladatra ad választ (továbbá kimondja, hogy a megoldás egyértelmű maradékosztály): keressük azt az egész számot (maradékosztályt), ami bizonyos számokkal osztva, amelyek páronként relatív prímek, meghatározott maradékot ad.

A következőkben a tétel formális kimondása és bizonyítása található.

Tétel

Legyenek m 1 , m 2 , , m k > 0 {\displaystyle m_{1},m_{2},\dots ,m_{k}>0} páronként relatív prímek, c 1 , c 2 , , c k {\displaystyle c_{1},c_{2},\dots ,c_{k}} pedig tetszőleges egészek. Ekkor az

x c 1 ( mod m 1 ) x c 2 ( mod m 2 ) x c k ( mod m k ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv c_{1}{\pmod {m_{1}}}\\x&\equiv c_{2}{\pmod {m_{2}}}\\\vdots \\x&\equiv c_{k}{\pmod {m_{k}}}\end{aligned}}}

kongruencia-rendszer megoldható, és a megoldás egyetlen maradékosztály lesz mod M {\displaystyle \mod {M}} , ahol M = m 1 m 2 m k {\displaystyle M=m_{1}\cdot m_{2}\dots m_{k}} .

Bizonyítás

A megoldás egyértelműsége

Tegyük fel, hogy   x 1 {\displaystyle \ x_{1}} és   x 2 {\displaystyle \ x_{2}} is megoldások. Ekkor minden i = 0 , 1 , , k {\displaystyle i=0,1,\dots ,k} esetén m i x 1 x 2 M x 1 x 2 {\displaystyle m_{i}\mid x_{1}-x_{2}\Rightarrow M\mid x_{1}-x_{2}} (mivel   m i {\displaystyle \ m_{i}} -k relatív prímek), amiből a kongruenciák definíciója alapján következik, hogy x 1 x 2 ( mod M ) {\displaystyle x_{1}\equiv x_{2}{\pmod {M}}} . Tehát   x 1 {\displaystyle \ x_{1}} és   x 2 {\displaystyle \ x_{2}} (azaz bármely két megoldás) ugyanabba a maradékosztályba tartoznak mod M {\displaystyle \mod {M}} , így csak egy megoldó maradékosztálya van a kongruencia-rendszernek.

A megoldás létezése

Legyen M = m 1 m 2 m k {\displaystyle M=m_{1}\cdot m_{2}\dots m_{k}} és M i = M m i {\displaystyle M_{i}={\frac {M}{m_{i}}}} . Legyen z i Z {\displaystyle z_{i}\in \mathbb {Z} } olyan, hogy M i z i 1 ( mod m i ) {\displaystyle M_{i}z_{i}\equiv 1{\pmod {m_{i}}}} . A megoldások számára vonatkozó tétel alapján ilyen   z i {\displaystyle \ z_{i}} létezik, mert   ( M i , m i ) = 1 {\displaystyle \ (M_{i},m_{i})=1} . Az s = M 1 z 1 c 1 + M 2 z 2 c 2 + + M k z k c k {\displaystyle s=M_{1}z_{1}c_{1}+M_{2}z_{2}c_{2}+\dots +M_{k}z_{k}c_{k}} jó megoldás lesz. Ennek bizonyításához nézzük meg, hogy s c i ( mod m i ) {\displaystyle s\equiv c_{i}{\pmod {m_{i}}}} valóban teljesül-e ( i = 0 , 1 , , k {\displaystyle i=0,1,\dots ,k} ). A kongruencia ekvivalens s M i z i c i ( mod m i ) {\displaystyle s\equiv M_{i}z_{i}c_{i}{\pmod {m_{i}}}} kongruenciával, mert   m i M j {\displaystyle \ m_{i}\mid M_{j}} , ha i j {\displaystyle i\neq j} . Mivel M i z i 1 ( mod m i ) {\displaystyle M_{i}z_{i}\equiv 1{\pmod {m_{i}}}} , ezért s c i ( mod m i ) {\displaystyle s\equiv c_{i}{\pmod {m_{i}}}} áll fenn, ami épp a bizonyítandó állítás.

Alkalmazásai

A kínai maradéktételt meglepő módon rengeteg helyen lehet használni, sok problémánál pedig nem is kapható meg nélküle az eredmény.

Polinom helyettesítési értéke

Tegyük fel, hogy ki szeretnénk számolni egy f ( x 1 , x 2 , , x n ) {\displaystyle f(x_{1},x_{2},\dots ,x_{n})} egész együtthatós többváltozós polinom helyettesítési értékét adott ( x 1 , x 2 , , x n ) = ( a 1 , a 2 , , a n ) {\displaystyle (x_{1},x_{2},\dots ,x_{n})=(a_{1},a_{2},\dots ,a_{n})} helyen, és ismerjük, hogy | f ( a 1 , a 2 , , a n ) | < M 2 {\displaystyle |f(a_{1},a_{2},\dots ,a_{n})|<{\frac {M}{2}}} teljesül. Ekkor válasszunk olyan m 1 , m 2 , , m k {\displaystyle m_{1},m_{2},\dots ,m_{k}} egymáshoz relatív prím egészeket (praktikusan prímszámokat szokás) a kínai maradéktételhez, amelyekre: m 1 m 2 m k < M {\displaystyle m_{1}m_{2}\dots m_{k}<M} teljesül, majd számoljuk ki a polinom helyettesítési értékeit minden i {\displaystyle i} -re ( mod m i ) {\displaystyle {\pmod {m_{i}}}} , legyen az eredmény c i {\displaystyle c_{i}} , majd a kínai maradéktételt használva azt az egyértelmű x {\displaystyle x} egész számot, amelyre M 2 x < M 2 {\displaystyle -{\frac {M}{2}}\leq x<{\frac {M}{2}}} és

x c 1 ( mod m 1 ) x c 2 ( mod m 2 ) x c k ( mod m k ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv c_{1}{\pmod {m_{1}}}\\x&\equiv c_{2}{\pmod {m_{2}}}\\\vdots \\x&\equiv c_{k}{\pmod {m_{k}}}\end{aligned}}}

teljesül. Ekkor f ( a 1 , a 2 , , a n ) = x {\displaystyle f(a_{1},a_{2},\dots ,a_{n})=x} lesz.

Így nagy számokkal való műveleteket nem kell végezni, csak amikor az eljárás elején redukáljuk a polinom együtthatóit ( mod m i ) {\displaystyle {\pmod {m_{i}}}} , illetve a végén, amikor megoldjuk a kongruenciarendszert. Ezáltal lényegesen kevesebb memóriát használva ki tudjuk számítani a végeredményt.

Rejtjelezés

Az RSA legtöbb implementációja a kínai maradéktételt használja a HTTPS hitelesítésre és a visszafejtésre.

A tétel használható a titokmegosztásra, amivel úgy lehet titkot megosztani, hogy csak néhányan közösen tudjanak hozzáférni. Az érzékeny adat egy kongruenciarendszer megoldása, amiből minden résztvevő egy egyenletet ismer. Van arra is algoritmus, hogy megkonstruálja a modulusokat, hogy a kívánt számnál kevesebb ember együtt ne férhessen hozzá a titokhoz.

Hermite-interpoláció

Az általános Hermite-interpoláció: Adva vannak a λ 1 , , λ r {\displaystyle \lambda _{1},\dots ,\lambda _{r}} komplex pontok, és hozzájuk rendre az a j , k :   1 j r ,   0 k < ν j {\displaystyle a_{j,k}:\ 1\leq j\leq r,\ 0\leq k<\nu _{j}} értékek. Keressünk egy P ( x ) C [ x ] {\displaystyle P(x)\in \mathbb {C} [x]} polinomot úgy, hogy:

P ( k ) ( λ j ) = a j , k 1 j r , 0 k < ν j . {\displaystyle P^{(k)}(\lambda _{j})=a_{j,k}\qquad 1\leq j\leq r,\quad 0\leq k<\nu _{j}.}

A megoldás: Vezessük be az

A j ( x ) := k = 0 ν j 1 a j , k k ! ( x λ j ) k {\displaystyle A_{j}(x):=\sum _{k=0}^{\nu _{j}-1}{\frac {a_{j,k}}{k!}}(x-\lambda _{j})^{k}}

polinomokat, így a rendszer szimultán kongruenciákra írható át:

P ( x ) A j ( x ) ( mod ( x λ j ) ν j ) , 1 j r {\displaystyle P(x)\equiv A_{j}(x){\pmod {(x-\lambda _{j})^{\nu _{j}}}},\qquad 1\leq j\leq r}

A kínai maradéktétel szerint C [ x ] {\displaystyle \mathbb {C} [x]} -ben van egy egyértelmű P ( x ) {\displaystyle P(x)} polinom, hogy:

deg ( P ) < n := j ν j . {\displaystyle \deg(P)<n:=\sum _{j}\nu _{j}.}

A közvetlen konstrukció így valósítható meg: Definiáljuk a

Q = i = 1 r ( x λ i ) ν i Q j = Q ( x λ j ) ν j {\displaystyle {\begin{aligned}Q&=\prod _{i=1}^{r}(x-\lambda _{i})^{\nu _{i}}\\Q_{j}&={\frac {Q}{(x-\lambda _{j})^{\nu _{j}}}}\end{aligned}}}

polinomokat. Ekkor 1 Q {\displaystyle {\frac {1}{Q}}} törtfelbontása r {\displaystyle r} polinomot ad, a továbbiakban ezeket S j {\displaystyle S_{j}} jelöli, és fokszámuk deg ( S j ) < ν j {\displaystyle \deg(S_{j})<\nu _{j}} . Ezzel

1 Q = i = 1 r S i ( x λ i ) ν i {\displaystyle {\frac {1}{Q}}=\sum _{i=1}^{r}{\frac {S_{i}}{(x-\lambda _{i})^{\nu _{i}}}}}

így

1 = i = 1 r S i Q i . {\displaystyle 1=\sum _{i=1}^{r}S_{i}Q_{i}.}

Tehát a kongruenciarendszer megoldása

i = 1 r A i S i Q i = A j + i = 1 r ( A i A j ) S i Q i A j ( mod ( x λ j ) ν j ) 1 j r , {\displaystyle \sum _{i=1}^{r}A_{i}S_{i}Q_{i}=A_{j}+\sum _{i=1}^{r}(A_{i}-A_{j})S_{i}Q_{i}\equiv A_{j}{\pmod {(x-\lambda _{j})^{\nu _{j}}}}\qquad 1\leq j\leq r,}

ami az egyértelmű n {\displaystyle n} -nél kisebb fokú polinom.

Dedekind-tétel

Dedekind tétele a lineárisan független karakterekről: Legyen M {\displaystyle M} monoid, k {\displaystyle k} integritási tartomány, amit szintén monoidnak tekintünk a rajta vett szorzással. Ekkor minden véges ( f i ) i I {\displaystyle (f_{i})_{i\in I}} egyenként különböző monoidhomomorfia független, ahol minden f i :   M k {\displaystyle f_{i}:\ M\rightarrow k} . Más szavakkal, ( α i ) i I {\displaystyle (\alpha _{i}){}_{i\in I}} elemek minden családja, ahol α i k {\displaystyle \alpha _{i}\in k} és i I α i f i = 0 {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}f_{i}=0} , ugyanaz, mint ( 0 ) i I {\displaystyle (0){}_{i\in I}} .

Bizonyítás: Először is tegyük fel, hogy k {\displaystyle k} test; ha nem az, helyettesítsük hányadostestével, és semmi sem változik. Lineárisan kiterjesztjük az f i :   M k {\displaystyle f_{i}:\ M\rightarrow k} homomorfiákat k {\displaystyle k} -algebra homomorfiákká, ahol k [ M ] {\displaystyle k[M]} M {\displaystyle M} monoid gyűrűje k {\displaystyle k} fölött. Ekkor a linearitás miatt a

i I α i f i = 0 {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}f_{i}=0}

feltételből következik

i I α i F i = 0. {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}F_{i}=0.}

Állítjuk, hogy az i , j I ;   i j {\displaystyle i,j\in I;\ i\neq j} indexekre F i :   k [ M ] k {\displaystyle F_{i}:\ k[M]\rightarrow k} és F j :   k [ M ] k {\displaystyle F_{j}:\ k[M]\rightarrow k} nem arányosak egymáshoz. Különben f i {\displaystyle f_{i}} és f j {\displaystyle f_{j}} is arányos lenne, így monoid homomorfiaként egyenlőek lennének, emiatt f i ( 1 ) = 1 = f j {\displaystyle f_{i}(1)=1=f_{j}} , ami ellentmond annak, hogy különböznek.

Ezért a Ker F i {\displaystyle \operatorname {Ker} F_{i}} és Ker F j {\displaystyle \operatorname {Ker} F_{j}} magok különböznek. Mivel k [ M ] / Ker F i F i ( k [ M ] ) = k {\displaystyle k[M]/\operatorname {Ker} F_{i}\cong F_{i}(k[M])=k} test, Ker F i {\displaystyle \operatorname {Ker} F_{i}} maximális ideálja k [ M ] {\displaystyle k[M]} -nek, minden i I {\displaystyle i\in I} indexre. Mivel ezek különbözők és maximálisak, ezért relatív prímek egymáshoz. A kínai maradéktétel a következő izomorfiát adja:

ϕ : k [ M ] / K i I k [ M ] / Ker F i ϕ ( x + K ) = ( x + Ker F i ) i I {\displaystyle {\begin{aligned}\phi :k[M]/K&\to \prod _{i\in I}k[M]/\operatorname {Ker} F_{i}\\\phi (x+K)&=\left(x+\operatorname {Ker} F_{i}\right)_{i\in I}\end{aligned}}}

ahol

K = i I Ker F i = i I Ker F i . {\displaystyle K=\prod _{i\in I}\operatorname {Ker} F_{i}=\bigcap _{i\in I}\operatorname {Ker} F_{i}.}

Következik, hogy a

Φ : k [ M ] i I k [ M ] / Ker F i Φ ( x ) = ( x + Ker F i ) i I {\displaystyle {\begin{aligned}\Phi :k[M]&\to \prod _{i\in I}k[M]/\operatorname {Ker} F_{i}\\\Phi (x)&=\left(x+\operatorname {Ker} F_{i}\right)_{i\in I}\end{aligned}}}

leképezés szürjektív. A k [ M ] / Ker F i F i ( k [ M ] ) = k {\displaystyle k[M]/\operatorname {Ker} F_{i}\rightarrow F_{i}(k[M])=k} , izomorfiákkal a Φ {\displaystyle \Phi } leképezés megfelel ennek:

ψ : k [ M ] i I k ψ ( x ) = [ F i ( x ) ] i I {\displaystyle {\begin{aligned}\psi :k[M]&\to \prod _{i\in I}k\\\psi (x)&=\left[F_{i}(x)\right]_{i\in I}\end{aligned}}}

Most abból, hogy

i I α i F i = 0 {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}F_{i}=0}

kapjuk, hogy:

i I α i u i = 0 {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}u_{i}=0}

minden ( u i ) i I {\displaystyle (u_{i}){}_{i\in I}} vektorra a ψ {\displaystyle \psi } leképezés szerinti képben. Mivel ψ {\displaystyle \psi } szürjektív, ez azt jelenti, hogy

i I α i u i = 0 {\displaystyle \sum _{i\in I}\alpha _{i}u_{i}=0}

minden

( u i ) i I i I k {\displaystyle \left(u_{i}\right){}_{i\in I}\in \prod _{i\in I}k}

vektorra. Tehát ( α i ) i I = ( 0 ) i I {\displaystyle (\alpha _{i}){}_{i\in I}=(0){}_{i\in I}} .

Más alkalmazások

Egész elemű mátrixok determinánsának kiszámolása klasszikus példa az alkalmazására, illetve a gyors szorzás FFT módszerénél is gyakran felbukkan, ott a számítógép felépítése miatt 2 {\displaystyle 2} hatványhoz közeli prímeket célszerű választani a módszer gyorsításához. Az algoritmus a tétel alapján újraindexeli az adatokat. Gödel nemteljességi tételéhez a sorozatok számozását is elegánsan lehet megoldani a kínai maradéktétellel.

A módszer kiterjeszthető arra az esetre is, amikor osztani is kell egy feladatban. Ekkor persze problémák adódhatnak, hiszen előfordulhat, hogy 0 {\displaystyle 0} -val osztani is kell (legyen most m i {\displaystyle m_{i}} prím), ha az adott szám osztható m i {\displaystyle m_{i}} -vel, ez pedig ( mod m i ) {\displaystyle {\pmod {m_{i}}}} nem elvégezhető művelet. Ilyenkor dobjuk el az m i {\displaystyle m_{i}} prímet és válasszunk helyette egy másikat. Így például már egész elemű lineáris egyenletrendszerek is megoldhatóak a kínai maradéktétellel, kevés memóriával (illetve felszorzás miatt racionális elemű lineáris egyenletrendszerek is).

A radarral végzett felméréseknél a tartományfelosztás egyértelműsítésére is használják.

A megoldás menete

Mivel minden i {\displaystyle i} -re az m i {\displaystyle m_{i}} számok és M i := M / m i {\displaystyle M_{i}:=M/m_{i}} relatív prímek, azért a kiterjesztett euklideszi algoritmussal találhatók r i {\displaystyle r_{i}} és s i {\displaystyle s_{i}} számok, hogy

r i m i + s i M i = 1 {\displaystyle r_{i}\cdot m_{i}+s_{i}\cdot M_{i}=1} .

Végezzük el az e i := s i M i {\displaystyle e_{i}:=s_{i}\cdot M_{i}} helyettesítést, ezzel

e i 1 ( mod m i ) e j 0 ( mod m j ) ,   j i . {\displaystyle {\begin{aligned}e_{i}&\equiv 1{\pmod {m_{i}}}\\e_{j}&\equiv 0{\pmod {m_{j}}},\ j\neq i.\end{aligned}}} .

Ekkor

x := i = 1 n a i e i {\displaystyle x:=\sum _{i=1}^{n}a_{i}e_{i}}

a szimultán kongruencia egy megoldása.

Példa

Keresünk egy x {\displaystyle x} egész számot, amire teljesülnek a következők:

x 2 ( mod 3 ) x 3 ( mod 4 ) x 2 ( mod 5 ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv 2{\pmod {3}}\\x&\equiv 3{\pmod {4}}\\x&\equiv 2{\pmod {5}}\\\end{aligned}}}

Itt M = 3 4 5 = 60 ,   M 1 = M / 3 = 20 ,   M 2 = M / 4 = 15 ,   M 3 = M / 5 = 12 {\displaystyle M=3\cdot 4\cdot 5=60,\ M_{1}=M/3=20,\ M_{2}=M/4=15,\ M_{3}=M/5=12} . A kibővített euklideszi algoritmussal kiszámítható, hogy

7 3 + ( 1 ) 20 = 1 {\displaystyle 7\cdot 3+(-1)\cdot 20=1} , tehát e 1 = 20 {\displaystyle e_{1}=-20}
4 4 + ( 1 ) 15 = 1 {\displaystyle 4\cdot 4+(-1)\cdot 15=1} , tehát e 2 = 15 {\displaystyle e_{2}=-15}
5 5 + ( 2 ) 12 = 1 {\displaystyle 5\cdot 5+(-2)\cdot 12=1} , tehát e 3 = 24 {\displaystyle e_{3}=-24}

Eszerint x = 2 ( 20 ) + 3 ( 15 ) + 2 ( 24 ) = 133 {\displaystyle x=2\cdot (-20)+3\cdot (-15)+2\cdot (-24)=-133} az egyenletrendszer egy megoldása. Mivel 133 47 mod 60 {\displaystyle -133\equiv 47\mod 60} , azért az összes megoldás kongruens 47-tel modulo 60.

Általános eset

Általános esetben nem tesszük fel, hogy a modulusok relatív prímek. Néha még így is létezik megoldás, de a modulusok szorzata helyett a legkisebb közös többszöröst kell venni. A létezés feltétele: Minden i j {\displaystyle i\neq j} párra

a i a j ( mod lnko ( m i , m j ) ) {\displaystyle a_{i}\equiv a_{j}{\pmod {\operatorname {lnko} (m_{i},m_{j})}}} .[1]

Ekkor a szimultán kongruencia szukcesszív helyettesítéssel oldható meg.

Például egy klasszikus feladat megkeresni azt a legkisebb pozitív egész számot, ami a 2, 3, 4, 5 és 6 számokkal osztva egyet ad maradékul, de osztható héttel. Tehát keressük ennek az egyenletrendszernek a megoldását:

x 1 mod 2 x 1 mod 3 x 1 mod 4 x 1 mod 5 x 1 mod 6 x 0 mod 7 {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv 1\mod 2\\x&\equiv 1\mod 3\\x&\equiv 1\mod 4\\x&\equiv 1\mod 5\\x&\equiv 1\mod 6\\x&\equiv 0\mod 7\\\end{aligned}}}

Mivel a modulusok nem relatív prímek, azért nem alkalmazható közvetlenül a kínai maradéktétel. Az első öt feltételt összefoglalhatjuk a következőbe:

x 1 mod lkkt ( 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) {\displaystyle x\equiv 1\mod \operatorname {lkkt} (2,3,4,5,6)}

így az egyenletrendszer a következő alakra hozható:

x 1 mod 60 x 0 mod 7 {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv 1\mod 60\\x&\equiv 0\mod 7\\\end{aligned}}}

amire már alkalmazható a kínai maradéktétel. A megoldások kongruensek 301-gyel modulo 420. Ezek közül a legkisebb pozitív egész a 301.

Közvetlen megoldás

Adva legyen a következő két kongruenciából álló rendszer:

x a ( mod n ) x b ( mod m ) {\displaystyle {\begin{aligned}x&\equiv a{\pmod {n}}\\x&\equiv b{\pmod {m}}\\\end{aligned}}}

Ha ezek megoldhatók, akkor a b ( mod d ) {\displaystyle a\equiv b{\pmod {d}}} , ezért ekvivalensek az

x a y n a b d ( mod n m d ) {\displaystyle x\equiv a-yn{\frac {a-b}{d}}{\pmod {\frac {nm}{d}}}}

kongruenciával, ahol

d = lnko ( n , m ) = y n + z m {\displaystyle d=\operatorname {lnko} (n,m)=yn+zm} .

Ez akkor is működik, ha n {\displaystyle n} és m {\displaystyle m} nem relatív prímek, így nagyban megkönnyíti a szimultán kongruenciák megoldását.

Ha több kongruencia tartozik a rendszerhez, akkor többször kell alkalmazni az egyszerűsítést.

Főideálgyűrűkben

Ha R {\displaystyle R} főideálgyűrű, akkor a tétel a következő formát ölti:

Ha az m 1 , , m n {\displaystyle m_{1},\ldots ,m_{n}} elemek páronként relatív prímek, és szorzatuk m {\displaystyle m} , akkor az R / m R {\displaystyle R/mR} hányadosgyűrű izomorf az R / m 1 R × × R / m n R {\displaystyle R/m_{1}R\times \cdots \times R/m_{n}R} szorzatgyűrűvel, mégpedig az alábbi izomorfia van köztük:

f : R / m R R / m 1 R × × R / m n R x + m R ( x + m 1 R , , x + m n R ) {\displaystyle {\begin{matrix}f:&R/mR&\to &R/m_{1}R\times \cdots \times R/m_{n}R\\&x+mR&\mapsto &(x+m_{1}R,\ldots ,x+m_{n}R)\end{matrix}}}

Egységelemes gyűrűkben

Ha R {\displaystyle R} egységelemes gyűrű, akkor a következők tudhatók: Ha I 1 , , I n {\displaystyle I_{1},\ldots ,I_{n}} ideálok, és I i + I j = R {\displaystyle I_{i}+I_{j}=R} minden i j {\displaystyle i\neq j} indexre, és az ideálok metszete I {\displaystyle I} , akkor az R / I {\displaystyle R/I} gyűrű izomorf az R / I 1 × × R / I n {\displaystyle R/I_{1}\times \cdots \times R/I_{n}} szorzatgyűrűvel, mégpedig ezzel az izomorfiával:

f : R / I R / I 1 × × R / I n x + I ( x + I 1 , , x + I n ) . {\displaystyle {\begin{matrix}f:&R/I&\to &R/I_{1}\times \cdots \times R/I_{n}\\&x+I&\mapsto &(x+I_{1},\ldots ,x+I_{n}).\end{matrix}}}

Ha R {\displaystyle R} még kommutatív is, akkor I {\displaystyle I} az I j {\displaystyle I_{j}} ideálok szorzata. Ehhez a kommutatív tulajdonság szükséges, mivel erre ellenpélda is adható nem kommutatív esetben.

Vesszük a nem kommutatív polinomok gyűrűjét (például mátrixok fölött) x {\displaystyle x} és y {\displaystyle y} határozatlanokkal, és tekintjük ezeket az ideálokat: I {\displaystyle I} az x {\displaystyle x} által generált principiális ideál és J {\displaystyle J} az x y + 1 {\displaystyle xy+1} által generált principiális ideál. Ekkor I + J = R {\displaystyle I+J=R} , de I J I J {\displaystyle I\cap J\neq IJ} .

Az I {\displaystyle I} ideál azokból a polinomokból áll, amelyek minden monomjában tényezőként szerepel x {\displaystyle x} . A J {\displaystyle J} polinomjai eltűnnek, ha y = 1 / x {\displaystyle y=-1/x} . Ekkor p = ( x y + 1 ) x I J {\displaystyle p=(xy+1)x\in I\cap J} . Definiáljuk R {\displaystyle R} termjeit úgy, mint R {\displaystyle R} x {\displaystyle x} és y {\displaystyle y} által generált multiplikatív monoidjának elemét, és foka a szokásos fok az y = x {\displaystyle y=x} helyettesítés után.

Másrészt legyen egy q J {\displaystyle q\in J} . Ekkor q {\displaystyle q} minden maximális fokú egytagja függ y {\displaystyle y} -tól, különben az y = 1 / x {\displaystyle y=-1/x} helyettesítés nem tüntetné el a polinomot. Hasonlóak igazak, ha q I J {\displaystyle q\in IJ} . Vegyük észre, hogy a legmagasabb fokú egytagokban a legutolsó y {\displaystyle y} -os tényezőt legalább egy x {\displaystyle x} megelőzi. Például az x 2 y x y x 5 {\displaystyle x^{2}yxyx^{5}} polinomban az utolsó y {\displaystyle y} -t három x {\displaystyle x} előzi meg. Eszerint p = ( x y + 1 ) x I J {\displaystyle p=(xy+1)x\notin IJ} , mivel benne az utolsó y {\displaystyle y} -t csak egy x {\displaystyle x} előzi meg. Tehát I J I J {\displaystyle I\cap J\neq IJ} .

Ezzel szemben I + J = R {\displaystyle I+J=R} általánosan implikálja, hogy I J = I J + J I {\displaystyle I\cap J=IJ+JI} . Ehhez elég belátni, hogy I J = ( I J ) ( I + J ) I J + J I {\displaystyle I\cap J=(I\cap J)(I+J)\subset IJ+JI} , mivel a másik irány triviális. Ha I 1 , , I m {\displaystyle I_{1},\dots ,I_{m}} páronként relatív prímek, akkor az

R / ( I 1 I m ) R / I 1 R / I m {\displaystyle R/(I_{1}\cap \cdots \cap I_{m})\to R/I_{1}\oplus \cdots \oplus R/I_{m}}

természetes leképezés izomorfia.

Jegyzetek

  1. Alexander Bogolmony: Chinese Remainder Theorem. Interactive Mathematics Miscellany and Puzzles (Hozzáférés: 2017. december 22.)

Fordítás

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Chinesischer Restsatz című német Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Chinese remainder theorem című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

  • Alice és Bob - 22. rész: Alice, Bob és a kínaiak

Források

  • Freud Róbert – Gyarmati Edit: Számelmélet. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó. 2000. ISBN 963-19-0784-8  
  • Joseph W. Dauben: Chapter 3: Chinese Mathematics. In Victor J. Katz: The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India and Islam: A Sourcebook. Princeton: Princeton University Press. 2007. 187–384. o. ISBN 978-0-691-11485-9  
  • Pierre Duchet: Hypergraphs. In Ronald L. Graham – Martin Grötschel – Lovász László: Handbook of Combinatorics, 1–2. kötet. Amszterdam: Elsevier. 1995. 381–432. o. ISBN 978-0-444-82346-5 Lásd különösen a 2.5. fejezetet (Helly property, 393–394. o.), MathSciNet  
  • Carl Friedrich Gauss: Disquisitiones Arithemeticae. Angolra ford. Arthur A. Clarke. 2., jav. kiad. New York: Springer. 1986. ISBN 978-0-387-96254-2 Hozzáférés: 2017. december 22.  
  • Kenneth Ireland – Michael Rosen: A Classical Introduction to Modern Number Theory. 2. kiad. New York: Springer. 1990. ISBN 0-387-97329-X  
  • Subhash Kak: Computational aspects of the Āryabhaṭa algorithm. Indian Journal of History of Science, XXI. évf. 1. sz. (1986) 62–71. o. Hozzáférés: 2017. december 22.
  • Victor J. Katz: A History of Mathematics: An Introduction. 2. kiad. (hely nélkül): Addison-Wesley. 1998. ISBN 978-0-321-01618-8  
  • Oystein Ore: Number Theory and Its History. Reprint kiad. New York: Dover. 1988. ISBN 978-0-486-65620-5 Eredeti kiadás: 1948  
  • Kenneth H. Rosen: Elementary Number Theory and its Applications. 3. kiad. (hely nélkül): Addison-Wesley. 1993. ISBN 978-0-201-57889-8  
  • Matematika Matematikaportál
  • Kína Kína-portál