For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for Kínai maradéktétel.

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

[szerkesztés]

Legyenek páronként relatív prímek, pedig tetszőleges egészek. Ekkor az

kongruencia-rendszer megoldható, és a megoldás egyetlen maradékosztály lesz , ahol .

Bizonyítás

[szerkesztés]

A megoldás egyértelműsége

[szerkesztés]

Tegyük fel, hogy és is megoldások. Ekkor minden esetén (mivel -k relatív prímek), amiből a kongruenciák definíciója alapján következik, hogy . Tehát és (azaz bármely két megoldás) ugyanabba a maradékosztályba tartoznak , így csak egy megoldó maradékosztálya van a kongruencia-rendszernek.

A megoldás létezése

[szerkesztés]

Legyen és . Legyen olyan, hogy . A megoldások számára vonatkozó tétel alapján ilyen létezik, mert . Az jó megoldás lesz. Ennek bizonyításához nézzük meg, hogy valóban teljesül-e (). A kongruencia ekvivalens kongruenciával, mert , ha . Mivel , ezért áll fenn, ami épp a bizonyítandó állítás.

Alkalmazásai

[szerkesztés]

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

Polinom helyettesítési értéke

[szerkesztés]

Tegyük fel, hogy ki szeretnénk számolni egy egész együtthatós többváltozós polinom helyettesítési értékét adott helyen, és ismerjük, hogy teljesül. Ekkor válasszunk olyan egymáshoz relatív prím egészeket (praktikusan prímszámokat szokás) a kínai maradéktételhez, amelyekre: teljesül, majd számoljuk ki a polinom helyettesítési értékeit minden -re , legyen az eredmény , majd a kínai maradéktételt használva azt az egyértelmű egész számot, amelyre és

teljesül. Ekkor lesz.

Így nagy számokkal való műveleteket nem kell végezni, csak amikor az eljárás elején redukáljuk a polinom együtthatóit , illetve a végén, amikor megoldjuk a kongruenciarendszert. Ezáltal lényegesen kevesebb memóriát használva ki tudjuk számítani a végeredményt.

Rejtjelezés

[szerkesztés]

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

[szerkesztés]

Az általános Hermite-interpoláció: Adva vannak a komplex pontok, és hozzájuk rendre az értékek. Keressünk egy polinomot úgy, hogy:

A megoldás: Vezessük be az

polinomokat, így a rendszer szimultán kongruenciákra írható át:

A kínai maradéktétel szerint -ben van egy egyértelmű polinom, hogy:

A közvetlen konstrukció így valósítható meg: Definiáljuk a

polinomokat. Ekkor törtfelbontása polinomot ad, a továbbiakban ezeket jelöli, és fokszámuk . Ezzel

így

Tehát a kongruenciarendszer megoldása

ami az egyértelmű -nél kisebb fokú polinom.

Dedekind-tétel

[szerkesztés]

Dedekind tétele a lineárisan független karakterekről: Legyen monoid, integritási tartomány, amit szintén monoidnak tekintünk a rajta vett szorzással. Ekkor minden véges egyenként különböző monoidhomomorfia független, ahol minden . Más szavakkal, elemek minden családja, ahol és , ugyanaz, mint .

Bizonyítás: Először is tegyük fel, hogy test; ha nem az, helyettesítsük hányadostestével, és semmi sem változik. Lineárisan kiterjesztjük az homomorfiákat -algebra homomorfiákká, ahol monoid gyűrűje fölött. Ekkor a linearitás miatt a

feltételből következik

Állítjuk, hogy az indexekre és nem arányosak egymáshoz. Különben és is arányos lenne, így monoid homomorfiaként egyenlőek lennének, emiatt , ami ellentmond annak, hogy különböznek.

Ezért a és magok különböznek. Mivel test, maximális ideálja -nek, minden indexre. Mivel ezek különbözők és maximálisak, ezért relatív prímek egymáshoz. A kínai maradéktétel a következő izomorfiát adja:

ahol

Következik, hogy a

leképezés szürjektív. A , izomorfiákkal a leképezés megfelel ennek:

Most abból, hogy

kapjuk, hogy:

minden vektorra a leképezés szerinti képben. Mivel szürjektív, ez azt jelenti, hogy

minden

vektorra. Tehát .

Más alkalmazások

[szerkesztés]

Egész elemű mátrixok determinánsának kiszámolása klasszikus példa az alkalmazására, illetve a gyors szorzás FFT módszerénél is gyakran felbukkan, ott a számítógép felépítése miatt 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 -val osztani is kell (legyen most prím), ha az adott szám osztható -vel, ez pedig nem elvégezhető művelet. Ilyenkor dobjuk el az 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

[szerkesztés]

Mivel minden -re az számok és relatív prímek, azért a kiterjesztett euklideszi algoritmussal találhatók és számok, hogy

.

Végezzük el az helyettesítést, ezzel

.

Ekkor

a szimultán kongruencia egy megoldása.

Példa

[szerkesztés]

Keresünk egy egész számot, amire teljesülnek a következők:

Itt . A kibővített euklideszi algoritmussal kiszámítható, hogy

, tehát
, tehát
, tehát

Eszerint az egyenletrendszer egy megoldása. Mivel , azért az összes megoldás kongruens 47-tel modulo 60.

Általános eset

[szerkesztés]

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 párra

.[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:

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

így az egyenletrendszer a következő alakra hozható:

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

Közvetlen megoldás

[szerkesztés]

Adva legyen a következő két kongruenciából álló rendszer:

Ha ezek megoldhatók, akkor , ezért ekvivalensek az

kongruenciával, ahol

.

Ez akkor is működik, ha és nem relatív prímek, így nagyban megkönnyíti a szimultán kongruenciák megoldását.

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

Főideálgyűrűkben

[szerkesztés]

Ha főideálgyűrű, akkor a tétel a következő formát ölti:

Ha az elemek páronként relatív prímek, és szorzatuk , akkor az hányadosgyűrű izomorf az szorzatgyűrűvel, mégpedig az alábbi izomorfia van köztük:

Egységelemes gyűrűkben

[szerkesztés]

Ha egységelemes gyűrű, akkor a következők tudhatók: Ha ideálok, és minden indexre, és az ideálok metszete , akkor az gyűrű izomorf az szorzatgyűrűvel, mégpedig ezzel az izomorfiával:

Ha még kommutatív is, akkor az ideálok szorzata. Ehhez a kommutatív tulajdonság szükséges, mivel erre ellenpélda is adható nem kommutatív esetben.

Vesszük a nem kommutatív polinomok gyűrűjét (például mátrixok fölött) és határozatlanokkal, és tekintjük ezeket az ideálokat: az által generált principiális ideál és az által generált principiális ideál. Ekkor , de .

Az ideál azokból a polinomokból áll, amelyek minden monomjában tényezőként szerepel . A polinomjai eltűnnek, ha . Ekkor . Definiáljuk termjeit úgy, mint és által generált multiplikatív monoidjának elemét, és foka a szokásos fok az helyettesítés után.

Másrészt legyen egy . Ekkor minden maximális fokú egytagja függ -tól, különben az helyettesítés nem tüntetné el a polinomot. Hasonlóak igazak, ha . Vegyük észre, hogy a legmagasabb fokú egytagokban a legutolsó -os tényezőt legalább egy megelőzi. Például az polinomban az utolsó -t három előzi meg. Eszerint , mivel benne az utolsó -t csak egy előzi meg. Tehát .

Ezzel szemben általánosan implikálja, hogy . Ehhez elég belátni, hogy , mivel a másik irány triviális. Ha páronként relatív prímek, akkor az

természetes leképezés izomorfia.

Jegyzetek

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

Fordítás

[szerkesztés]
  • 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

[szerkesztés]

Források

[szerkesztés]
  • 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  
{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
Kínai maradéktétel
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.

X

Get ready for Wikiwand 2.0 🎉! the new version arrives on September 1st! Don't want to wait?