www.wikidata.uk-ua.nina.az
Gaussovi cili chisla Z i displaystyle mathbb Z i kompleksni chisla viglyadu a b i displaystyle a bi de a b Z displaystyle a b in mathbb Z zvichajni cili chisla Yaksho dozvoliti racionalni znachennya dlya a b displaystyle a b to oderzhimo pole Q i displaystyle mathbb Q i gaussovih racionalnih chisel Gaussovi cili chisla utvoryuyut komutativne kilce yake dokladno doslidiv Karl Gauss Na gaussovi cili chisla poshiryuyetsya teorema pro odnoznachnist rozkladu na prosti mnozhniki yaka vidoma dlya zvichajnih cilih chisel z chasiv Evklida Ce nadaye konceptualne poyasnennya rezultatam P Ferma ta L Ejlera vidnosno rozv yazkiv rivnyannya a 2 b 2 p displaystyle a 2 b 2 p u cilih chislah i privodit do korotkogo dovedennya velikoyi teoremi Ferma dlya n 4 displaystyle n 4 Mnozhina gaussovih cilih chisel prijnyato poznachati Z i displaystyle mathbb Z i yih vlastivosti shozhi na vlastivosti mnozhini zvichajnih cilih chisel Z displaystyle mathbb Z prote ye j istotni vidminnosti U zaprovadzhenih Gaussom i N Abelem doslidzhennyah dovzhini dugi lemniskati gaussovi cili chisla bulo zastosovano do pitan teoriyi eliptichnih funkcij tak zvana teoriya kompleksnogo mnozhennya i do obchislennya serednogo arifmetiko geometrichnogo Zmist 1 Zagalni vlastivosti 1 1 Viznachennya i klasifikaciya 1 2 Norma 2 Teoriya podilnosti 2 1 Dilennya nacilo 2 2 Geometrichne uyavlennya podilnosti 2 3 Prosti gaussovi chisla 2 4 Vzayemno prosti chisla 2 5 Kriterij Gausa 2 6 Rozklad na prosti mnozhniki 3 Teoriya porivnyan 3 1 Porivnyannya po gaussovomu modulyu 3 2 Funkciya Ejlera dlya gaussovih chisel 3 3 Geometrichne uyavlennya porivnyannya po modulyu 4 Dilennya z zalishkom 4 1 Viznachennya 4 2 Geometrichne predstavlennya 4 3 Najbilshij spilnij dilnik 4 4 Algoritm Evklida i praktichne obchislennya NSD 5 Deyaki dodatki 5 1 Rozkladannya naturalnih chisel na sumu dvoh kvadrativ 5 2 Pidrahunok chisla predstavlenogo u viglyadi sumi dvoh kvadrativ 5 3 Teoriya pifagorovih trijok 5 4 Rozv yazuvannya diofantovih rivnyan 6 Nevirisheni problemi 7 Variaciyi i uzagalnennya 8 Istoriya 9 Primitki 10 Div takozh 11 PosilannyaZagalni vlastivosti RedaguvatiViznachennya i klasifikaciya Redaguvati Formalne viznachennya Z i a b i a b Z displaystyle mathbb Z i a bi mid a b in mathbb Z nbsp Mnozhina Z i displaystyle mathbb Z i nbsp mistit bezlich zvichajnih cilih chisel Z displaystyle mathbb Z nbsp i yavlyaye soboyu jogo rozshirennya 1 Suma riznicya i dobutok gaussovih chisel ye gaussovimi chislami taka struktura algebri nazivayetsya kilcem 2 Vvesti v comu kompleksnomu kilci vporyadkovanist nemozhlivo Vidznachimo takozh sho spryazhene do gaussovogo chisla a b i displaystyle a bi nbsp ye takozh gaussove chislo a b i displaystyle a bi nbsp Kozhne gaussove chislo z a b i displaystyle z a bi nbsp zadovolnyaye kvadratnomu rivnyanni z a 2 b 2 0 displaystyle z a 2 b 2 0 nbsp Tomu gaussove chislo ye cile algebrayichne chislo Norma Redaguvati Norma dlya gaussovogo chisla a b i displaystyle a bi nbsp viznachayetsya yak kvadrat jogo modulya 3 N a b i a 2 b 2 a b i a b i displaystyle N left a bi right a 2 b 2 a bi overline a bi nbsp Vlastivosti normi 4 Norma dorivnyuye nulyu tilki dlya nulya V inshih vipadkah norma dodatne cile chislo Normi spryazhenih chisel zbigayutsya Norma zvichajnogo cilogo chisla dorivnyuye jogo kvadratu Yaksho norma neparna to vona maye viglyad 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp tobto pri dilenni jogo na 4 displaystyle 4 nbsp vihodit zalishok 1 displaystyle 1 nbsp Niyake gaussove chislo ne mozhe mati normu vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp Norma yak i modul maye vazhlivu vlastivist multiplikativnosti N u v N u N v displaystyle N u cdot v N u cdot N v nbsp Zvidsi viplivaye sho zvorotnimi elementami kilcya ye ti elementi u yakih norma dorivnyuye 1 displaystyle 1 nbsp tobto 1 1 i i displaystyle 1 1 i i nbsp Dva gaussovih chisla nazivayutsya asocijovanimi yaksho odne vihodit z inshogo mnozhennyam na dilnik odinici Legko pobachiti sho asocijovanist vidnoshennya ekvivalentnosti Priklad gaussovi chisla 1 i displaystyle 1 i nbsp i 1 i displaystyle 1 i nbsp asocijovani oskilki 1 i i 1 i displaystyle 1 i i 1 i nbsp U kozhnogo nenulovogo gaussovogo chisla ye tri asocijovanih z nim Normi vsih chotiroh asocijovanih mizh soboyu chisel zbigayutsya Teoriya podilnosti RedaguvatiDilennya nacilo Redaguvati Dilennya nacilo gaussovih chisel viznachayetsya zvichajnim chinom Vimova odin z troh rivnosilnih variantiv u displaystyle u nbsp dilitsya na v displaystyle v nbsp v displaystyle v nbsp dilit u displaystyle u nbsp v displaystyle v nbsp dilnik u displaystyle u nbsp Vikoristovuyutsya tradicijni termini dilene abo kratne u displaystyle u nbsp dilnik v displaystyle v nbsp ta chastka vid dilennya q displaystyle q nbsp Kilkist dilnikiv gaussovogo chisla zavzhdi skinchene kilkist kratnih neskinchenno Priklad chislo 2 displaystyle 2 nbsp dilitsya nacilo na 1 i displaystyle 1 i nbsp tomu sho 2 1 i 1 i displaystyle 2 1 i 1 i nbsp Vsi gaussovi chisla dilyatsya na dilniki odinici tomu bud yake gaussove chislo vidminne vid dilnikiv odinici maye yak minimum 8 displaystyle 8 nbsp dilnikiv 4 displaystyle 4 nbsp dilnika odinici i 4 displaystyle 4 nbsp yih dobutku na same ce chislo Ci podilniki nazivayutsya trivialnimi 5 Dilennya nacilo v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp za svoyimi vlastivostyami shozhe na analogichne dilennya cilih chisel Deyaki specifichni dlya gaussovih chisel osoblivosti 6 Yaksho gaussove chislo z displaystyle z nbsp dilitsya nacilo na zvichajne cile chislo to na ce cile chislo dilyatsya yak dijsna tak i uyavna chastina z displaystyle z nbsp Yaksho u v displaystyle u v nbsp i v u displaystyle v u nbsp to ci chisla asocijovani Yaksho u v displaystyle u v nbsp to bud yake z 3 chisel asocijovanih z v displaystyle v nbsp dilitsya na bud yake z 3 displaystyle 3 nbsp chisel asocijovanih z u displaystyle u nbsp Yaksho u displaystyle u nbsp dilitsya na v u v q displaystyle v u vq nbsp to spryazhene do dilenogo chisla u displaystyle overline u nbsp dilitsya na spryazhene do dilnika v u v q displaystyle overline v overline u overline v overline q nbsp Vsi dilniki gaussovogo chisla z displaystyle z nbsp ye takozh dilnikami jogo normi N z z z displaystyle N z z cdot overline z nbsp Norma gaussovogo chisla parna todi i tilki todi koli ce chislo dilitsya na 1 i displaystyle 1 i nbsp Yaksho v u displaystyle v u nbsp to i norma dilenogo v silu multiplikativnosti dilitsya nacilo na normu dilnika Pri comu Kazhut sho gaussove chislo u displaystyle u nbsp dilitsya nacilo na gaussove chislo v displaystyle v nbsp yaksho isnuye tretye gaussove chislo q displaystyle q nbsp take sho u v q displaystyle u vq nbsp Poznachennya v u displaystyle v u nbsp N u v N u N v displaystyle N left frac u v right frac N u N v nbsp dd Geometrichne uyavlennya podilnosti Redaguvati U kozhnogo gaussovogo chisla z displaystyle z nbsp ye 4 displaystyle 4 nbsp kratnih z tiyeyu zh normoyu i vidpovidno tim zhe modulem ce same z displaystyle z nbsp ta asocijovani z nim 3 displaystyle 3 nbsp chisla yaki vihodyat poslidovnim mnozhennyam z displaystyle z nbsp na i displaystyle i nbsp z i z z i z displaystyle z iz z iz nbsp Ale mnozhennya na i displaystyle i nbsp oznachaye na kompleksnij ploshini povorot radius vektora chisla na 90 proti godinnikovoyi strilki prichomu modul rezultatu bude tim zhe Takim chinom vsi 4 chisla utvoryuyut rivnostoronnij hrest vidileno chervonim na malyunku centr i vershini yakogo kratni z displaystyle z nbsp Poslidovno zrushuyuchi cej hrest na vsi boki na odnu z 4 velichin asocijovanih z z displaystyle z nbsp mi oderzhuyemo na vsij ploshini kvadratnu reshitku vsi vuzli yakoyi vershini kvadrativ kratni z displaystyle z nbsp Zvorotno bud yake kratne z displaystyle z nbsp zbigayetsya z odnim z vuzliv reshitki Shirina kozhnogo kvadrata reshitki dorivnyuye z displaystyle z nbsp Dali dlya stislosti cya reshitka bude nazivatisya reshitkoyu kratnih abo yaksho potribne utochnennya reshitka kratnih Priklad na malyunku odnim z vuzliv reshitki ye chislo 4 2 i displaystyle 4 2i nbsp kratne 1 2 i displaystyle 1 2i nbsp 4 2 i 2 i 1 2 i displaystyle 4 2i 2i 1 2i nbsp Prosti gaussovi chisla Redaguvati Proste gaussove chislo ce nenulove chislo yake ne maye inshih dilnikiv krim trivialnih Chislo sho ne ye prostim nazivayetsya skladovim Pri comu dilniki odinici podibno naturalnoyi odinici ne vvazhayutsya ni prostimi ni skladovimi chislami 7 Deyaki vlastivosti prostih gaussovih chisel Yaksho a b i displaystyle a bi nbsp proste gaussove chislo to i spryazhene do nogo gaussove chislo a b i displaystyle a bi nbsp takozh ye prostim Yaksho proste gaussove chislo ye dilnikom dobutku gaussovih chisel to vono ye dilnikom prinajmni odnogo iz spivmnozhnikiv Norma bud yakogo prostogo gaussovogo chisla krim asocijovanih z 1 i displaystyle 1 i nbsp zavzhdi neparna i tomu dorivnyuye 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp Naturalne proste chislo mozhe ne buti gaussovim prostim chislom Napriklad chisla 2 i 5 v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp vzhe ne prosti 2 1 i 1 i 5 2 i 2 i displaystyle 2 1 i 1 i quad 5 2 i 2 i nbsp Vzayemno prosti chisla Redaguvati Yaksho gaussove chislo w displaystyle w nbsp ye dilnikom dlya dvoh gaussovih chisel u displaystyle u nbsp i v displaystyle v nbsp vono nazivayetsya yih spilnim dilnikom Mnozhina spilnih dilnikiv dvoh chisel zavzhdi mistit 4 dilniki odinici yaksho inshih spilnih dilnikiv nemaye ci chisla nazivayutsya vzayemno prostimi 8 Vidznachimo sho yaksho normi gaussovih chisel u displaystyle u nbsp v displaystyle v nbsp vzayemno prosti yak cili chisla to i sami chisla u displaystyle u nbsp v displaystyle v nbsp vzayemno prosti yak gaussovi chisla Zvorotnye nevirno normi vzayemno prostih gaussovih chisel mozhut mati spilni dilniki napriklad 5 2 i displaystyle 5 2i nbsp i 5 2 i displaystyle 5 2i nbsp vzayemno prosti ale yih normi zbigayutsya i tomu ne vzayemno prosti Zaznachimo dvi vlastivosti analogichni vlastivostyam cilih chisel Yaksho kozhne z dvoh gaussovih chisel u v displaystyle u v nbsp vzayemno prosto z gaussovim chislom w displaystyle w nbsp to i yih dobutok u v displaystyle uv nbsp tezh vzayemno prosto z w displaystyle w nbsp Yaksho z u v displaystyle z uv nbsp i pri comu z displaystyle z nbsp vzayemno prosto z u displaystyle u nbsp to 9 z v displaystyle z v nbsp Kriterij Gausa Redaguvati Gaus vkazav viznachalni oznaki prostogo chisla v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp 10 Gaussove chislo a b i displaystyle a bi nbsp ye prostim todi i tilki todi koli abo odne z chisel a b displaystyle a b nbsp nulove a inshe cile proste chislo vidu 4 n 3 displaystyle pm 4n 3 nbsp abo a b displaystyle a b nbsp obidva ne nuli ta norma a 2 b 2 displaystyle a 2 b 2 nbsp proste naturalne chislo Navedemo prikladi prostih gaussovih chisel Do pershoyi chastini kriteriyu 3 7 3 i displaystyle pm 3 pm 7 pm 3i nbsp Do drugoyi chastini kriteriyu 1 i 1 2 i 1 4 i 4 5 i 2 3 i 15 22 i displaystyle 1 pm i 1 pm 2i 1 pm 4i 4 5i 2 3i 15 22i nbsp Deyaki dzherela dlya bilshoyi yasnosti podilyayut drugu chastinu kriteriyu na dvi 11 Chisla asocijovani z 1 i displaystyle 1 i nbsp Yih norma dorivnyuye 2 Chisla norma yakih ye proste naturalne chislo viglyadu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp Sam Gaus takogo podilu ne robiv 12 Naslidki Niyake proste naturalne chislo viglyadu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp ne mozhe buti prostim gaussovim chislom Prosti naturalni chisla vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp ye i prostimi gaussovimi chislami Norma prostogo gaussovogo chisla ye abo prostim naturalnim chislom abo kvadratom prostogo naturalnogo chisla 13 Proste naturalne chislo viglyadu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp mozhna predstaviti yak dobutok spryazhenih prostih gaussovih chisel a b i a b i displaystyle a bi a bi nbsp abo sho te zh same yak sumu kvadrativ a 2 b 2 displaystyle a 2 b 2 nbsp Cej fakt vidomij yak Teorema Ferma Ejlera Same pri doslidzhenni danoyi temi a takozh teoriyi bikvadratichnih lishok Gaus z uspihom zastosuvav cili kompleksni chisla Navpaki yaksho proste naturalne chislo mozhna podati u viglyadi sumi naturalnih kvadrativ to v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp vono skladene i rozkladayetsya na dva spryazhenih gaussovih prostih Kozhne proste gaussove chislo ye dilnikom odnogo i tilki odnogo prostogo naturalnogo chisla 14 Ce oznachaye sho rozkladayuchi naturalni prosti na gaussovi mnozhniki mi otrimayemo vsi gaussovi prosti Rozklad na prosti mnozhniki Redaguvati V Z i displaystyle mathbb Z i nbsp maye misce analog osnovnoyi teoremi arifmetiki kozhne gaussove chislo sho ne ye nulem abo dilnikom odinici rozkladayetsya na prosti mnozhniki prichomu ce rozkladannya odnoznachno z tochnistyu do poryadku i asocijovanosti mnozhnikiv 15 Priklad 5 1 2 i 1 2 i 2 i 2 i displaystyle 5 1 2i 1 2i 2 i 2 i nbsp Mnozhniki cih dvoh po vidu riznih rozkladiv poparno asocijovani 1 2 i i 2 i 1 2 i i 2 i displaystyle 1 2i i 2 i 1 2i i 2 i nbsp tak sho odnoznachnist ne porushuyetsya Shob praktichno rozklasti gaussove chislo z displaystyle z nbsp na prosti mnozhniki mozhna vikoristovuvati navedenu vishu vlastivist vsi dilniki gaussovogo chisla ye takozh dilnikami jogo normi Pri comu norma mistit takozh zajvi prosti mnozhniki vidpovidni spryazheni do z displaystyle z nbsp na prosti mnozhniki mozhna vikoristovuvati navedenu vishe vlastivist vsi dilniki gaussovogo chisla ye takozh dilnikami jogo normi Takim chinom pochati slid z rozkladannya normi chisla z displaystyle z nbsp na prosti naturalni mnozhniki 16 Mnozhnik 2 yaksho vin prisutnij v rozkladanni normi rozkladayetsya yak 1 i 1 i displaystyle 1 i 1 i nbsp Slid vklyuchiti v rezultuyuche rozkladannya ti z cih mnozhnikiv u vidpovidnij miri na yaki z displaystyle z nbsp dilitsya nacilo Krim 2 inshi mnozhniki normi neparni Mnozhnik vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp ye prostim gaussovim chislom tomu vin dilit ne tilki normuN z z z displaystyle N z z overline z nbsp ale i same z displaystyle z nbsp Ale todi cej mnozhnik dilit i spryazhene chislo z displaystyle overline z nbsp Zvidsi viplivaye sho mnozhnik vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp vhodit v rozkladannya normi zavzhdi v parnij stepeni a v rozkladannya samogo z displaystyle z nbsp v stepeni vdvichi menshoyu Mnozhnik vidu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp mozhna rozklasti na dobutok spryazhenih prostih gaussovih chisel abo sho te zh same na sumu kvadrativ naturalnih chisel I tut slid dilennyam z yasuvati yakij iz spivmnozhnikiv vidnositsya do pochatkovogo chisla a yakij do spryazhenogo Priklad Rozklademo na prosti mnozhniki 9 12 i displaystyle 9 12i nbsp Norma cogo chisla dorivnyuye 225 rozklademo yiyi na prosti naturalni mnozhniki 225 3 2 5 2 displaystyle 225 3 2 cdot 5 2 nbsp Za poperednim 5 2 i 2 i displaystyle 5 2 i 2 i nbsp Perevirkoyu perekonuyemosya sho 9 12 i displaystyle 9 12i nbsp dilitsya tilki na 2 i displaystyle 2 i nbsp i ne dilitsya na 2 i displaystyle 2 i nbsp Chastka vid dilennya 9 12 i displaystyle 9 12i nbsp na 3 2 i displaystyle 3 2 i nbsp dorivnyuye 2 i displaystyle 2 i nbsp tomu ostatochno otrimuyemo 9 12 i 3 2 i 2 displaystyle 9 12i 3 cdot 2 i 2 nbsp Teoriya porivnyan RedaguvatiPorivnyannya po gaussovomu modulyu Redaguvati Ponyattya porivnyannya po modulyu viznachayetsya v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp analogichno tomu yak ce robitsya dlya cilih chisel Nehaj w displaystyle w nbsp deyake gaussove chislo Dva gaussovih chisla u v displaystyle u v nbsp nazivayutsya porivnyannimi po modulyu w displaystyle w nbsp yaksho riznicya u v displaystyle u v nbsp dilitsya nacilo na w displaystyle w nbsp Zapis u v mod w displaystyle u equiv v pmod w nbsp Vlastivosti porivnyan v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp v osnovnomu taki zh yak u cilih chisel Vidnoshennya porivnyannosti ye vidnoshennya ekvivalentnosti tomu Z i displaystyle mathbb Z i nbsp rozbivayetsya na neperesichni klasi lishok kozhen takij klas mistit vsi porivnyanni odin z odnim po zadanomu modulyu gaussovi chisla Dlya klasiv yak u vipadku cilih chisel mozhna viznachiti dodavannya i mnozhennya tak sho vihodit kilce lishok po gaussovomu modulyu Priklad Vizmemo yak modul porivnyannya 1 i displaystyle 1 i nbsp Todi Z i displaystyle mathbb Z i nbsp rozbivayetsya na dva klasi lishok chisla a b i displaystyle a bi nbsp u yakih a displaystyle a nbsp b displaystyle b nbsp odnakovoyi parnosti potraplyat v odin klas sho mistit kratni modulya a chisla z riznoyu parnistyu a displaystyle a nbsp b displaystyle b nbsp v inshij U gaussovogo porivnyannya ye deyaki osoblivosti Napriklad yaksho dlya cilih chisel po modulyu 3 isnuyut 3 klasu lishok z predstavnikami 0 1 2 displaystyle 0 1 2 nbsp to dlya gaussovih chisel za tim zhe modulyu kilkist klasiv znachno bilshe Yih predstavniki 0 1 2 i 1 i 2 i 2 i 1 2 i 2 2 i displaystyle 0 1 2 i 1 i 2 i 2i 1 2i 2 2i nbsp Yak viyaviv Gaus kilce lishok po modulyu a b i displaystyle a bi nbsp mistit N a b i a 2 b 2 displaystyle N a bi a 2 b 2 nbsp elementiv 17 Cej fakt zmushuye modifikuvati deyaki klasichni teoremi Napriklad mala teorema Ferma dlya cilih chisel stverdzhuye sho a p a displaystyle a p a nbsp dilitsya na p displaystyle p nbsp dlya bud yakogo prostogo p displaystyle p nbsp i naturalnogo a displaystyle a nbsp Dlya gaussovih chisel ce nevirno navit yaksho obmezhitisya naturalnimi znachennyami p displaystyle p nbsp napriklad dlya cilih chisel a 3 a displaystyle a 3 a nbsp zavzhdi dilitsya na 3 a dlya gaussovih i 3 i 2 i displaystyle i 3 i 2i nbsp i ce znachennya na 3 ne dilitsya Modifikovanij analog maloyi teoremi Ferma formulyuyetsya v takij sposib Perevirimo na tomu zh prikladi z w 3 u i displaystyle w 3 u i nbsp Otrimuyemo i 9 i 0 displaystyle i 9 i 0 nbsp dilitsya na 3 Nehaj w displaystyle w nbsp deyake gaussove chislo Dva gaussovih chisla u v displaystyle u v nbsp nazivayutsya porivnyannimi po modulyu w displaystyle w nbsp yaksho riznicya u v displaystyle u v nbsp dilitsya nacilo na w displaystyle w nbsp Zapis u v mod w displaystyle u equiv v pmod w nbsp Dlya prostogo gaussovogo chisla w a b i displaystyle w a bi nbsp i bud yakogo gaussovogo chisla u displaystyle u nbsp u N w u u a 2 b 2 u displaystyle u N w u u a 2 b 2 u nbsp dilitsya na w displaystyle w nbsp Nazvemo klas lishok po modulyu w displaystyle w nbsp mistit chislo u displaystyle u nbsp oborotnim yaksho porivnyannya u x 1 mod w displaystyle ux equiv 1 pmod w nbsp maye rishennya vidnosno x displaystyle x nbsp Klas oborotnij todi i tilki todi koli gaussovi chislau displaystyle u nbsp i w displaystyle w nbsp vzayemno prosti Zokrema yaksho modul porivnyan w displaystyle w nbsp gaussove proste chislo to kozhen nenulovij klas lishok maye oborotnij element a ce oznachaye sho klasi lishok po prostomu modulyu v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp yak i v Z displaystyle mathbb Z nbsp utvoryuyut pole Funkciya Ejlera dlya gaussovih chisel Redaguvati Vvedemo analog funkciyi Ejlera dlya gaussovih chisel Viznachennya dlya cilih chisel ne goditsya hocha b tomu sho mistitsya v nomu viraz vid 1 displaystyle 1 nbsp do n displaystyle n nbsp ne maye sensu dlya kompleksnih chisel Nove viznachennya Funkciya Ejlera f z displaystyle varphi z nbsp dlya gaussovogo chisla z displaystyle z nbsp viznachayetsya yak chislo oborotnih klasiv lishok po modulyu z displaystyle z nbsp Viznachena takim chinom funkciya yak i yiyi prototip dlya cilih chisel multiplikativna tomu dostatno znati yiyi znachennya dlya prostih chisel i yih naturalnih stepeniv Yaksho z displaystyle z nbsp proste gaussove chislo to f z N z 1 f z k N z k 1 N z 1 displaystyle varphi z N z 1 quad varphi z k N z k 1 N z 1 nbsp Priklad f 3 4 i f 2 i 2 N 2 i N 2 i 1 5 4 20 displaystyle varphi 3 4i varphi 2 i 2 N 2 i N 2 i 1 5 cdot 4 20 nbsp Teper mozhna uzagalniti navedenu v poperednomu rozdili malu teoremu Ferma na vipadok dovilnogo ne obov yazkovo prostogo modulya porivnyannya tobto privesti analog teoremi Ejlera Yaksho gaussove chislo z displaystyle z nbsp vzayemno prosto z modulem w displaystyle w nbsp to z f w 1 mod w displaystyle z varphi w equiv 1 pmod w nbsp Geometrichne uyavlennya porivnyannya po modulyu Redaguvati Rozglyanemo dlya prikladu porivnyannya po modulyu w 1 2 i displaystyle w 1 2i nbsp Yak skazano v rozdili pro geometrichnomu podanni podilnosti mozhna rozbiti kompleksnu ploshinu na kvadrati tak sho vuzli ciyeyi reshitki vershini kvadrativ predstavlyayut vsilyaki kompleksni kratni 1 2 i displaystyle 1 2i nbsp Todi za viznachennyam chisla mozhna porivnyati po modulyu yaksho yih riznicya zbigayetsya z odnim z vuzliv reshitki kratnih Kozhen kvadrat reshitki vihodit z bud yakogo inshogo kvadrata zrushennyam perenosom na velichinu kratnu w displaystyle w nbsp tomu riznicya bud yakoyi tochki kvadrata i rezultatu yiyi zsuvu tezh kratna w displaystyle w nbsp Zvidsi viplivaye ostatochnij visnovok Gaussovi chisla porivnyani po modulyu w displaystyle w nbsp todi i tilki todi koli voni zajmayut odne i tezh vidnosne polozhennya v svoyih kvadratah reshitki kratnih Napriklad mozhna porivnyati vsi centri kvadrativ abo vsi seredini yih vidpovidnih storin toshoDilennya z zalishkom RedaguvatiViznachennya Redaguvati U kilci Z i displaystyle mathbb Z i nbsp mozhna viznachiti dilennya iz zalishkom na bud yake nenulove gaussove chislo vimagayuchi shob norma zalishku bula menshe normi dilnika 18 Bud yake gaussove chislo u displaystyle u nbsp mozhna podiliti iz zalishkom na bud yake nenulove gaussove chislo v displaystyle v nbsp tobto predstaviti u viglyadi u v q r displaystyle u vq r nbsp de chastka q displaystyle q nbsp i zalishok r displaystyle r nbsp gaussovi chisla prichomu N r lt N v displaystyle N r lt N v nbsp Neskladno pokazati sho yak chastku vid dilennya iz zalishkom mozhna vzyati gaussove chislo najblizhchim do chastki vid zvichajnogo dilennya kompleksnih chisel 19 Neobhidno vidznachiti sho umova norma zalishku menshe normi dilnika nedostatno dlya togo shob garantuvati odnoznachnist zalishku vid dilennya V Z i displaystyle mathbb Z i nbsp na vidminu vid Z displaystyle mathbb Z nbsp zalishok neodnoznachnij Napriklad 7 2 i displaystyle 7 2i nbsp mozhna rozdiliti na 3 i displaystyle 3 i nbsp troma sposobami 7 2 i 3 i 2 i i 3 i 1 i 3 3 i 2 2 i 1 2 i displaystyle 7 2i 3 i 2 i i 3 i 1 i 3 3 i 2 2i 1 2i nbsp Mozhna garantuvati tilki te sho vsi zalishki potraplyayut v odin klas zalishok po modulyu dilnika Priklad Podilimo iz zalishkom 11 10 i displaystyle 11 10i nbsp na 4 i displaystyle 4 i nbsp Spochatku znajdemo chastku vid zvichajnogo kompleksnogo dilennya 11 10 i 4 i 11 10 i 4 i 4 i 4 i 54 29 i 17 3 17 1 7 i displaystyle frac 11 10i 4 i frac 11 10i 4 i 4 i 4 i frac 54 29i 17 approx 3 17 1 7i nbsp Najblizhche do rezultatu gaussove chislo ye 3 2 i displaystyle 3 2i nbsp todi zalishok dorivnyuye 11 10 i 4 i 3 2 i 1 i displaystyle 11 10i 4 i 3 2i 1 i nbsp V rezultati otrimuyemo 11 10 i 4 i 3 2 i 1 i displaystyle 11 10i 4 i 3 2i 1 i nbsp Geometrichne predstavlennya Redaguvati Z viznachennya podilu iz zalishkom u displaystyle u nbsp na v displaystyle v nbsp sliduye sho r u v q displaystyle r u vq nbsp tobto modul zalishku ye vidstan mizh kompleksnimi chislami u displaystyle u nbsp i v q displaystyle vq nbsp Inshimi slovami r displaystyle r nbsp ye vidstan vid dilenogo do odnogo z vuzliv v displaystyle v nbsp reshitki kratnih Vimoga norma zalishku menshe normi dilnika ekvivalentno umovi r lt v displaystyle r lt v nbsp Zvidsi viplivaye Dilennya iz zalishkom u displaystyle u nbsp na v displaystyle v nbsp maye stilki rishen skilki vuzliv v displaystyle v nbsp reshitki kratnih znahoditsya vid dilenogo na vidstani menshe v displaystyle v nbsp U navedenomu vishe prikladi dilennya 7 2 i displaystyle 7 2i nbsp na 3 i displaystyle 3 i nbsp najblizhchimi do dilenogo ye kratni dilnika sho utvoryuyut vershini kvadrata reshitki sho mistit dilene 7 i 3 i 2 i displaystyle 7 i 3 i 2 i nbsp 4 2 i 3 i 1 i displaystyle 4 2i 3 i 1 i nbsp 8 4 i 3 i 2 2 i displaystyle 8 4i 3 i 2 2i nbsp Vsi voni znahodyatsya vid dilenogo na vidstani menshe nizh v 10 displaystyle v sqrt 10 nbsp Chetverta vershina kvadrata 5 5 i displaystyle 5 5i nbsp viddalena vid dilenogo bilshe nizh na 10 displaystyle sqrt 10 nbsp Tomu dana zadacha podilu iz zalishkom maye tri rishennya U zagalnomu vipadku provivshi z vershin kvadrata v displaystyle v nbsp reshitki kratnih dugi radiusom v displaystyle v nbsp mi otrimali figuru pokazanu na malyunku Yaksho dilene znahoditsya v centralnij oblasti chervona zona vono viddalene vid usih vershin mensh nizh na v displaystyle v nbsp i podil iz zalishkom mozhe buti vikonano chotirma sposobami Yaksho dilene znahoditsya v odnomu z pelyustok sinya zona to odna z vershin vidpadaye i chislo rishen dorivnyuye trom Dlya biloyi zoni otrimuyemo dva rishennya Nareshti yaksho dilene zbigayetsya z odniyeyu z vershin to zalishok dorivnyuye nulyu i rishennya yedino Najbilshij spilnij dilnik Redaguvati Kilce gaussovih chisel ye evklidovim i v nomu zavzhdi mozhna viznachiti najbilshij spilnij dilnik viznachenij odnoznachno z tochnistyu do dilnikiv odinici 20 Najbilshim spilnim dilnikom NSD u v displaystyle u v nbsp dlya gaussovih chisel u displaystyle u nbsp i v displaystyle v nbsp hocha b odno z yakih nenulove nazivayetsya yih spilnij dilnik d displaystyle d nbsp yakij dilitsya na bud yakij inshij spilnij dilnik u displaystyle u nbsp i v displaystyle v nbsp Ekvivalentne viznachennya NSD u v displaystyle u v nbsp ye toj zagalnij dilnik u v displaystyle u v nbsp u yakogo norma maksimalna 21 Vlastivosti NSDYaksho vidomij deyakij NSD to bud yaka z troh chisel asocijovanih z nim takozh bude NSD Zokrema yaksho odin z NSD dilnik odinici to takimi zh budut i inshi tri NSD Gaussovi chisla vzayemno prosti todi i tilki todi koli yih NSD ye dilnik odinici Maye misce analog spivvidnoshennya Bezu 22 Nehaj u v displaystyle u v nbsp gaussovi chisla i hocha b odno z nih ne nul Todi isnuye taki gaussovi chisla x y displaystyle x y nbsp sho vikonuyetsya spivvidnoshennya NSD u v x u y v displaystyle u v xu yv nbsp Inshimi slovami najbilshij spilnij dilnik dvoh gaussovih chisel mozhna zavzhdi uyaviti yak linijnu kombinaciyu cih chisel z gaussovimi koeficiyentami dd Slidstvo spivvidnoshennya Bezu yaksho gaussovi chisla u v displaystyle u v nbsp vzayemno prosti to rivnyannya x u y v 1 displaystyle xu yv 1 nbsp vidnosno x y displaystyle x y nbsp maye rishennya v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp Zamist 1 v navedenomu rivnyanni mozhe stoyati bud yakij inshij dilnik odinici teorema pri comu zalishitsya virnoyu Algoritm Evklida i praktichne obchislennya NSD Redaguvati Dlya viznachennya NSD v Z i displaystyle mathbb Z i nbsp zruchno vikoristovuvati algoritm Evklida cilkom analogichnij vzhivanomu dlya cilih chisel NSD vihodit v cij shemi yak ostannij nenulovij zalishok 23 Algoritm Evklida mozhna takozh vikoristovuvati dlya znahodzhennya koeficiyentiv x y displaystyle x y nbsp v spivvidnoshenni Bezu Priklad 1 Znajdemo NSD dlya 32 9 i displaystyle 32 9i nbsp i 4 11 i displaystyle 4 11i nbsp Krok 1 32 9 i 4 11 i 2 2 i 2 5 i displaystyle 32 9i 4 11i 2 2i 2 5i nbsp rozdilili z zalishkom pershe chislo na druge Krok 2 4 11 i 2 5 i 2 i 3 i displaystyle 4 11i 2 5i 2 i 3 i nbsp rozdilili z zalishkom poperednij dilnik na zalishok poperednogo kroku Krok 3 2 5 i 3 i 1 i i displaystyle 2 5i 3 i 1 i i nbsp ta sama diya Krok 4 3 i i 1 3 i displaystyle 3 i i 1 3i nbsp ta sama diya rozpodil vikonuyetsya bez ostachi Vidznachimo sho na kozhnomu kroci norma zalishku monotonno zmenshuyetsya Ostannij nenulovij zalishok dorivnyuye i displaystyle i nbsp ce dilnik odinici tomu robimo visnovok sho doslidzhuvani chisla vzayemno prosti Priklad 2 Znajdemo NSD dlya 11 3 i displaystyle 11 3i nbsp i 1 8 i displaystyle 1 8i nbsp Krok 1 11 3 i 1 8 i 1 i 2 4 i displaystyle 11 3i 1 8i 1 i 2 4i nbsp Krok 2 1 8 i 2 4 i 1 i 1 2 i displaystyle 1 8i 2 4i 1 i 1 2i nbsp Krok 3 2 4 i 1 2 i 2 displaystyle 2 4i 1 2i 2 nbsp rozpodil vikonuyetsya bez ostachi Ostannij nenulovij zalishok dorivnyuye 1 2 i displaystyle 1 2i nbsp ce i ye shukanij NSD Poslidovno pidstavlyayuchi zamist livih chastin rivnostej pravi pochinayuchi z peredostannoyi rivnosti vid nizu do verhu mi otrimayemo spivvidnoshennya Bezu dlya NSD 1 2 i 11 3 i 1 i 1 8 i 1 2 i displaystyle 1 2i 11 3i 1 i 1 8i 1 2i nbsp Deyaki dodatki RedaguvatiGaus vikoristovuvav vidkritu yim algebrayichnu strukturu dlya glibokogo doslidzhennya bikvadratnih zalishkiv Mozhna vkazati i inshi oblasti uspishnogo zastosuvannya gaussovih chisel 24 Primitno sho znachna yih chastina vidnositsya do teoriyi ne kompleksnih a naturalnih chisel Rozkladannya naturalnih chisel na sumu dvoh kvadrativ Redaguvati Z kriteriyu Gausa viplivaye sho proste naturalne chislo viglyadu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp mozhna predstaviti u viglyadi sumi kvadrativ dvoh naturalnih chisel prichomu yedinim sposobom Priklad 29 2 5 i 2 5 i 2 2 5 2 displaystyle 29 2 5i 2 5i 2 2 5 2 nbsp Rozkladannya naturalnih chisel inshogo vidu ne zavzhdi mozhlivo napriklad 15 19 27 103 displaystyle 15 19 27 103 nbsp i inshi chisla vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp mozhna predstaviti u viglyadi sumi kvadrativ dvoh naturalnih chisel Skladovi chisla mozhut takozh mati bilshe odnogo variantu rozkladu napriklad 65 4 2 7 2 1 2 8 2 displaystyle 65 4 2 7 2 1 2 8 2 nbsp Zagalna teorema naturalne chislo mozhna podati u viglyadi sumi dvoh kvadrativ todi i tilki todi koli v jogo kanonichnomu rozkladanni vsi prosti mnozhniki vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp vhodyat v parnih stepenyah Priklad 21 3 7 displaystyle 21 3 cdot 7 nbsp mozhna predstaviti u viglyadi sumi kvadrativ tomu sho chislo 3 yak i 7 vhodit v nogo z neparnim stepenem Ale 245 5 7 2 displaystyle 245 5 cdot 7 2 nbsp uyaviti mozhna 245 7 2 14 2 displaystyle 245 7 2 14 2 nbsp Pidrahunok chisla predstavlenogo u viglyadi sumi dvoh kvadrativ Redaguvati Chislo predstavlen r m displaystyle rho m nbsp naturalnogo chisla m displaystyle m nbsp u viglyadi sumi kvadrativ ale sho te zh same chislo gaussovih chisel z normoyu m displaystyle m nbsp mozhna viznachiti nastupnim chinom 25 Rozklademo m displaystyle m nbsp na prosti naturalni mnozhniki m 2 l p 1 l 1 p 2 l 2 p r l r q 1 m 1 q 2 m 2 q s m s displaystyle m 2 lambda p 1 lambda 1 p 2 lambda 2 dots p r lambda r q 1 mu 1 q 2 mu 2 dots q s mu s nbsp Tut p i displaystyle p i nbsp mnozhniki vidu 4 n 1 displaystyle 4n 1 nbsp a q j displaystyle q j nbsp mnozhniki vidu 4 n 3 displaystyle 4n 3 nbsp Todi mozhlivi 3 vipadki Yaksho hocha b odin pokaznik stepenya m j displaystyle mu j nbsp neparnij chislo m displaystyle m nbsp ne mozhe buti predstavleno u viglyadi sumi kvadrativ Nehaj vsi m j displaystyle mu j nbsp parni Ostatochna formula zalezhit vid parnosti l i displaystyle lambda i nbsp Yaksho vsi voni tezh parni to formula maye viglyad r m 1 2 l 1 1 l 2 1 l r 1 1 displaystyle rho m frac 1 2 lambda 1 1 lambda 2 1 cdots lambda r 1 1 nbsp Yaksho ne vsi l i displaystyle lambda i nbsp parni to formula trohi vidriznyayetsya r m 1 2 l 1 1 l 2 1 l r 1 displaystyle rho m frac 1 2 lambda 1 1 lambda 2 1 cdots lambda r 1 nbsp Teoriya pifagorovih trijok Redaguvati Pifagorova trijka ce odne z cilochiselnih rishen rivnyannya x 2 y 2 z 2 displaystyle x 2 y 2 z 2 nbsp Zagalne rishennya rivnyannya zalezhit vid dvoh cilih parametriv m n displaystyle m n nbsp x m 2 n 2 y 2 m n z m 2 n 2 displaystyle x m 2 n 2 y 2mn z m 2 n 2 nbsp Dlya generaciyi pifagorovih trijok mozhna vikoristovuvati takij prijom Nehaj z a b i displaystyle z a bi nbsp dovilne gaussove chislo u yakogo obidva komponenta a b displaystyle a b nbsp nenulovi Zvivshi ce chislo v kvadrat oderzhimo deyake inshe gaussove chislo c d i displaystyle c di nbsp Todi trijka c d N z displaystyle c d N z nbsp bude pifagorovoyu Priklad dlya vihidnogo chisla z 17 12 i displaystyle z 17 12i nbsp otrimayemo pifagorovu trijku 145 408 433 displaystyle 145 408 433 nbsp Rozv yazuvannya diofantovih rivnyan Redaguvati Rozv yazannya bagatoh diofantovih rivnyan vdayetsya znajti yaksho zaluchiti aparat gaussovih chisel Napriklad dlya rivnyannya x 2 y 2 2 z 2 displaystyle x 2 y 2 2z 2 nbsp neskladni peretvorennya dayut dva tipi cilih vzayemno prostih rishen 26 zalezhat vid cilih parametriva b displaystyle a b nbsp x a 2 2 a b b 2 y a 2 2 a b b 2 displaystyle x a 2 2ab b 2 y a 2 2ab b 2 nbsp x a 2 2 a b b 2 y a 2 2 a b b 2 displaystyle x a 2 2ab b 2 y a 2 2ab b 2 nbsp U 1850 roci Viktor Lebeg vikoristovuyuchi gaussovi chisla doslidzhuvav rivnyannya x 2 1 y n displaystyle x 2 1 y n nbsp i doviv jogo nerozv yaznist v naturalnih chislah Inshimi slovami sered naturalnih chisel vidu n 2 1 displaystyle n 2 1 nbsp nemaye zhodnogo povnogo kuba chi inshogo stepenya vishe drugogo Nevirisheni problemi RedaguvatiZnajti kilkist gaussovih chisel norma yakih menshe zadanoyi naturalnoyi konstantiR displaystyle R nbsp V ekvivalentnomu formulyuvanni cya tema vidoma yak problema kola Gausa u geometriyi chisel 27 Znajti pryami na kompleksnij ploshini sho mistyat neskinchenno bagato prostih gaussovih chisel Dvi taki pryami ochevidni ce koordinatni osi nevidomo chi isnuyut inshi 28 Pitannya vidomij pid nazvoyu riv Gausa en chi mozhna dijti do neskinchennosti perehodyachi vid odnogo prostogo gaussovogo chisla do inshogo stribkami zazdalegid obmezhenoyi dovzhini Zavdannya postavlene v 1962 roci i do cih pir ne virishena 29 Variaciyi i uzagalnennya RedaguvatiShe odnim istorichno vazhlivim evklidovim kilcem za shozhimi vlastivostyami na cili chisla Stali cili chisla Ejzenshtejna Gaussovi racionalni chisla sho poznachayutsya Q i displaystyle mathbb Q i nbsp ce kompleksni chisla vidu a b i displaystyle a bi nbsp de a b displaystyle a b nbsp racionalni chisla Cya mnozhina zamknuta shodo vsih 4 arifmetichnih operacij vklyuchayuchi dilennya i tomu ye polem rozshiryuyut kilce gaussovih chisel Istoriya RedaguvatiU 1820 h godah Karl Fridrih Gaus doslidzhuvav bikvadratichnij zakon vzayemnosti rezultatom stala monografiya Teoriya bikvadratichnih zalishkiv 1828 1832 Same v cij praci cili kompleksni chisla doveli svoyu korisnist dlya virishennya zavdan teoriyi chisel hocha formulyuvannya cih zavdan niyak ne pov yazana z kompleksnimi chislami Gaus pisav sho prirodne dzherelo zagalnoyi teoriyi slid shukati v rozshirenni oblasti arifmetiki U knizi Gausa bulo pokazano sho novi chisla za svoyimi vlastivostyami bagato v chomu nagaduyut zvichajni cili chisla Avtor opisav chotiri dilnik odinici viznachiv stavlennya asocijovanosti ponyattya prostogo chisla dalo kriterij prostoti i doviv analogi osnovnoyi teoremi arifmetiki maloyi teoremi Ferma Dali Gaus dokladno rozglyanuv lishki po kompleksnomu modulyu indeksi i pervisni koreni Golovnim dosyagnennyam pobudovanoyi teoriyi stav bikvadratichnij zakon vzayemnosti yakij Gaus obicyav dovesti v nastupnomu tomi cej tom tak i ne buv opublikovanij ale v rukopisah Gausa bula viyavlena detalna shema strogogo dokazu Gaus vikoristovuvav zaprovadzheni nim chisla takozh i v inshih svoyih pracyah napriklad po algebrayichnim rivnyannyam 30 Ideyi Gausa buli rozvineni v pracyah Karla Gustava Yakoba Yakobi ta Ferdinanda Gottholda Ejzenshtejna U seredini XIX stolittya Ejzenshtejn Dirihle i Ermit vveli i doslidzhuvali uzagalnene ponyattya cilogo algebrayichnogo chisla Kilce gaussovih cilih chisel bulo odnim z pershih prikladiv algebrayichnoyi strukturi z nezvichnimi vlastivostyami Zgodom bulo vidkrito veliku kilkist struktur takogo tipu a v kinci XIX stolittya z yavilasya abstraktna algebra vivchaye algebrayichni vlastivosti okremo vid ob yektiv nosiyiv cih vlastivostej Primitki Redaguvati Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 146 Ajerlend K Rouzen M 1987 s 23 Okunev L Ya 1941 s 27 28 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 147 149 Okunev L Ya 1941 s 32 Okunev L Ya 1941 s 29 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 150 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 155 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 156 Okunev L Ya 1941 s 41 44 A classification of gaussian primes s 10 Gauss K F 1959 s 698 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 158 Conrad Keith Glava 9 Okunev L Ya 1941 s 33 34 Conrad Keith Glava 6 Conrad Keith Glava 7 Conrad Keith Glava 3 Okunev L Ya 1941 s 30 31 Okunev L Ya 1941 s 35 36 Conrad Keith Glava 4 Conrad Keith Glava 5 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 153 155 Conrad Keith Glava 8 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 164 166 Kuzmin R O Faddeev D K 1939 s 162 163 Conway J H Sloane N J A Zagolovok P 106 Ribenboim Paulo Zagolovok ISBN 0 387 94457 5 Guy Richard K Zagolovok P 55 57 ISBN 978 0 387 20860 2 Hardy G H Wright E M 1968 s 189 Div takozh RedaguvatiCile chislo Ejzenshtejna Rozkladi gausovih chisel na prosti mnozhniki tablicya Tablicya dilnikiv dlya gausovih chiselPosilannya RedaguvatiYu Drozd Algebrichni chisla Konspekt lekcij Arhivovano 17 sichnya 2015 u Wayback Machine Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Gaussovi chisla amp oldid 40364471