Számelmélet 1 intenzív


Az előadás (Kedd 10:15-11:55, D-0-818, tíz perc szünettel)


A vizsgatematika itt érhető el. A vizsgán az első 14 tételből kap mindenki egy véletlenszerűen választott tételt, ebből kérdezek felkészülési idő nélkül. Az 5-ösért a 15-21-ig terjedő tételek közül is meg kell tanulni legalább egyet (szabadon választható) és a vizsgán (szintén felkészülési idő nélkül) ismertetni. Az előadáson elhangzott tételek túlnyomó része szerepel Freud Róbert, Gyarmati Edit: Számelmélet c. könyvében, mely ingyenesen elérhető az interneten. Ez az elsődlegesen ajánlott irodalom a kurzushoz.

A számelmélet a matematika egyik legősibb, és ennek megfelelően legszerteágazóbb részterülete. Számos híres megoldatlan, ill. a közelmúltban megoldott probléma kapcsolódik hozzá. Közülük sok elemien is megfogalmazható (mint pl. az ikerprímsejtés, a Goldbach-sejtés, vagy a Fermat-sejtés, azaz Wiles tétele), mások pedig kevésbé (mint pl. a Birch és Swinnerton-Dyer sejtés, ill. a Riemann-sejtés). Ezek megoldására tett kísérletek alapvető befolyással voltak a matematika fejlődésére. A modern számelméletben a legkülönfélébb módszereket használnak: (komplex) analízis, algebra, (algebrai) geometria, valószínűségszámítás, kombinatorika. Ennek a bevezető előadásnak nyilván nem célja a fenti problémák megoldása, sőt, az utóbbiak esetében még a kimondása sem. Ugyanakkor ízelítőt szeretnénk adni a számelmélet főbb területeiből és módszereiből is.

Az egyes előadások tartalma

Az alábbi tematika egyben vizsgatematika is. Az NB jelentése: a bizonyítás nem szerepelt, nem kell tudni a vizsgán.

1. előadás: szeptember 7. Bevezetés. Miről szól a számelmélet? Természetes számok, egész számok, oszthatóság. Egységek, prímszámok, a számelmélet alaptétele (egyértelműség bizonyítása később). Végtelen sok prím van. Maradékos osztás, euklideszi algoritmus.

2. előadás: szeptember 14. A kitüntetett közös osztó felírása lineáris kombinációként. Prímek és felbonthatatlanok, az egész számok körében ezek megegyeznek. Az egyértelműség bizonyítása a számelmélet alaptételében. \(\mathbb{Z}[\sqrt{-5}]=\{a+b\sqrt{-5}\mid a,b\in\mathbb{Z}\}\)-ben a \(2\) felbonthatatlan, de nem prím. A számelmélet alaptétele sem teljesül ebben a számkörben, hiszen \(2\cdot 3=(1+\sqrt{-5})(1-\sqrt{-5})\) két lényegesen különböző felbontása a \(6\)-nak. Kanonikus alak, osztók száma, legnagyobb közös osztó, legkisebb közös töbszörös leolvasása.

3. előadás: szeptember 21. Legendre-formula a faktoriális prímfelbontására. Kongruenciák, az alapműveletek értékének maradéka csak a tényezők maradékától függ. Kongruenciák egyszerűsítése. Teljes és redukált maradékrendszerek, az Euler-féle \(\varphi\)-függvény és meghatározása a kanonikus alakból. Az Euler-Fermat tétel. Online előadás videója elérhető itt.

4. előadás: szeptember 28. Lineáris kongruenciák megoldhatósága. Wilson-tétel. Lineáris diofantikus egyenletek megoldása euklideszi algoritmussal. Pitagoraszi számhármasok.

5. előadás: október 5. Néhány elemi módszer diofantikus egyenletek megoldására. Mese a Fermat-sejtésről, megoldás \(n=4\)-re.

6. előadás: október 12. Szimultán kongruenciarendszerek (kínai maradéktétel). Kongruenciák visszavezetése prímhatványalapú kongruenciákra. Hensel-lemma. Számelméleti függvények: \(\omega(n), \Omega(n), d(n), \sigma(n), \varphi(n)\).

7. előadás: október 19. Additív és multiplikatív számelméleti függvények, kapcsolatuk. Összegzési függvény, multiplikatív függvény összegzési függvénye. A Möbius-függvény, összegzési függvénye. Tökéletes számok.

8. előadás: november 2. Számelméleti függvények konvolúciója. A konvolúció Dirichlet-sora a két Dirichlet-sor szorzata (ha mindkettő abszolút konvergens). \(\zeta(2)=\frac{\pi^2}{6}\), továbbá \(\sum_{n=1}^\infty\frac{\mu(n)}{n^2}=\frac{6}{\pi^2}\) annak a valószínűsége, hogy két pozitív egész relatív prím.

A rend definíciója és tulajdonságai.

9. előadás: november 9. Primitív gyök, index, diszkrét logaritmus. Hatványmaradékok, kvadratikus maradékok. Legendre-szimbólum, Euler-lemma.

10. előadás: november 16. A kvadratikus reciprocitási tétel (NB), Jacobi-szimbólum, mint eszköz a Legendre-szimbólum kiszámítására. Végtelen sok \(4k+1\) alakú prím van. A két- és négy négyzetszám tétel.

11. előadás: november 23. A \(\pi(x)\) alsó és felső becslése. Csebisev tétele. A prímek reciprokösszege.

12. előadás: november 30. A kombinatorikus nullhelytétel, a Chevalley-Warning tétel, Erdős-Ginzburg-Ziv tétel.

13. előadás: december 7. Prímek \(x^2\pm 2y^2\), ill. \(\pm (x^2-3y^2)\) alakban.

Feladatsorok


1. Gyakorlat (Szeptember 6.)
2. Gyakorlat (Szeptember 13.)
3. Gyakorlat (Szeptember 27.)
4. Gyakorlat (Október 4.)
5. Gyakorlat (Október 11.)
1. ZH október 18.
6. Gyakorlat (November 8.)
7. Gyakorlat (November 15.)
8. Gyakorlat (November 22.)
9. Gyakorlat (November 29.)