【数学】整数の拡張
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整数は自然数と0と負の整数だけだと思っていませんか?実は整数は拡張することができ、拡張ことでもっといろいろは問題を解くことができます!
ノートテキスト
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No. Date ☐ 整数の拡張 「整数といったら何を思い浮かべる?」 「1とか2とかろとか? 0も整数だっけ?」 「下に書いてあるのがみんなが思い浮かべる整数なんじゃないかな。」 整数 1.2.3.4...(自然数、正の整数) O ・-1-2-3-4…(負の整数) 「中学校で習ったね。こういう整数の世界の集合をドイツ語で数を意味する die zahlen の頭文字を取ってみという記号で表すよ。」 「数を扱うときの基本的な数だね。」 白そう。基本的な数だから簡単なわけじゃなくて制限があるから却って難しいん だよね。これからそういう例を紹介していくね。」 ディオファントス方程式・方程式の整数解を全て求めよ。 . ピタゴラス数 x+y2=z2(三平方の定理)の自然数解は? 131. (x.g. 2) = (3.4.5). (5.12.13) etc.. 「実はこういうピタゴラス数は無限個あるんだ!」 フェルマーの最終定理 x+ya=zn(n≧3)の自然数解は? 「これは実は存在しないんだ!1995年にアンドリュー・ワイルズによって証明されたよ。 ※実数解を求める場合はいくらでも作れる。「整数だからこそ難しいんだよ。」 ●整数の世界を広げよう 。 ペル方程式 x-2y2=1の整数解を全て求めよ。 例.(x,y)=(32) 32-2.22=9-8-1 (x,y)=(17.12) 172-2.122=289-288=1 (x,y)=(99.70) 992-2.702=9801-9800=1 etc. KOKUYO LOOSE-LEAF ノ-F836BK 6mm ruled×36 lines
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No. Date 「こんな感じで見つけることができるんだ。 じゃあ次はZ[]でやってみよう!」 「Z[2]?」 「これは整数とだけは使っていいよという意味だよ。こうやって書くことで 整数の範囲を拡張できるんだ!」 Zümüzü -1 x-2y2=x-152y) (x-52g)(x+524) -> (x-524)(x+5g)=1 (x,y)=(3,2) (3-252) (3+252)=1 x) (3-22) (3+252)=1 (3-25)2(3+252)=1 (17-1252) (1722)=1 ↓ (x,y)=(17.12) (3-252)(3+252)=1 x) (3-252)2(3+22)=1 (3-2.2)3(3+22)3=1 (99-7052) (99+702)=1 ↓ (x,y)=(99.70) 「これは何をしたの?」 色は2乗すると2になるからそれを利用 して無理矢理左辺を因数分解した んだ。そうすると和と差の積を利用し 左のように式変形ができる!」 自「(x,y)=(3,2)という解はさっき教え たよね。それをさっきの変形した式に 代入する。そして同じものをもう一度 掛けて展開して整理すると新たな 解である(17.12)がでてくる! 同じようにして3乗のときもやってみよう!」 ◎「すごい!」 一般に (3+252)=ax+J2n (n:自然数) →新たな解(x,y)=(xx,yn) 「こうやって解が無限個あることも 分かっちゃう!」
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●素因数分解 No. Date 素数:1とその数自身以外に約数を持たない自然数 例、2、3、5、7、11、13、17. すべての(正の整数は素数の積に一通りに表される(素因数分解) 「素数は数の原子といわれることもあるよ。」 例.6=2×3 60=2×2×3×5 360=2×2×2×3×3×5 「この結果はいつどこでやっても同じなる!」 「あたり前じゃん!」 「じゃあ整数を拡張したらどうかな?」 • 2 ⇒ Z[5] 55:2乗すると-5になる数(虚数) ◎「虚数って何?」「5の2乗はらじゃないの?」 「数学Ⅱの複素数で習うよ。2乗すると普通は正の数だけど負の数も 考えようとすることなんだ。」 6=23 1-(-5) = = 12-1-52 (1-5) (1) ◎「6を無理矢理-5がある状態にしたの?」 「そう!そうすれば拡張した。「5を使える からね。あとは無理矢理すると、このよう に2通りの素因数分解ができるよ。」 Q素因数分解が2通りあると何がダメ?何」「上級かも」 「もともとこれはフェルマーの 一の最終定理を解決するためにできたものなんだよね。」 例、n=4のとき x + y = 24 x4 = 24-y4 Z[F1] 「2乗して-1になるものは虚数単位(え)というよ。」 x4 = 24-y4 x=(z-y) (z+y)(z-Fg)(z+9y) 「これはつがばらばらな4個の積になってしまうからおかしいとなったんだ! 同じようにそのときをやるときはZ[れ]を使うよ。今はゼータ! ここではややこしくなっちゃうから割愛!」 KOKUYO LOOSE LEAF ノ-F836BK 6mm ruled×36 lines
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No. Date クンマーの発見「超上級!」 7[SP] (p:素数)で素因数分解の一意性がどれ位崩れているかは 関・ベルヌーイ数と深く関係する。 ○「何を言っているのか全然分からない。」 何」「1行目はZにいろいろな実数を拡張することで何通りの素因数分解ができ るのかっていうことを言っているんだ。関ーベルヌーイ数は下で説明するね。」 ○関・ベルヌーイ数・べき乗和の公式に現れる有理数(分数) 何」「Jacob Bernculliが見つけたものだよ。でも日本の関孝和が先にやっていた ことからこういう名前になったんだ!」 Bo B1 B21831B4B51B6 1 1 1 1 0 0 2 30 42 い 何! 「Bernouli のBを取って Bなんだ!」 ○べき乗和の公式(ファウルハーバーの公式) 11+2+31 + + N² = ・1/2+1/2 = (1 Bon²+2Bin) 1 +++++//+/ = n } (1B0N³ +3B₁N² + 3B₂N) 1+23+3+…+=+1/+1 =(1BOX+4B1+6B2+4B3n) 4 何「数列のシグマ(ヱ)で見たことあるかもしれないけど上みたいにあえて展開 すると実は関ベルヌーイ数が隠れていたんだよね。」 「一行目のようなことを数論的不変量、二行目のようなことを解析的不変量 といいます。このように一見なにも関係がないようなもの同士から関係を見つ ける分野を岩澤理論といいます。
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コメントのところで5個のものを選ぶの2個のものを残すものは同じとあるのが理解できません。解説をお願いします🙇⤵️
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