Getaltheorie

Getaltheorie wordt gegeven door prof. Jan Denef aan 3BW/MW

Examen van 2009

Dit jaar waren er 6 vragen. De eerste drie waren mondeling te verdedigen, de andere 3 schriftelijk. Na ongeveer een uur moest de eerste afgegeven worden. Indien hij daar vragen bij had riep hij je bij hem en mocht je, indien je er al mee klaar was, de tweede en derde vraag ook meenemen. In principe hadden we 4u en 45 minuten de tijd maar hier zijn nog 45 extra minuten bijgekomen

1. (5pt)Theorie:
   1. Bij een stelling wordt beweerd dat ${\mathbf{𝐙}}_p$ gesloten is in ${\mathbb{\mathbb{Q}}}_p$. Bewijs dit
   2. Is ook $\{n^2|n\in \mathbb{\mathbb{N}}\}$ hierin gesloten?
2. (3pt)We zeggen dat p een priemdeler is van f(x) als er een natuurlijk getal n bestaat zodat p een priemdeler is van f(n)
   1. Welke getallen p zijn priemdeler van $x^2+1$ en $x^2-2$
   2. Bewijs dat elke priemdeler van $x^4-x^2+1$ 1 is module 12
3. (3pt)Bereken alle oplossingen van $x^4-2x+36$ modulo 875 (ben niet zo zeker of dit de juiste vergelijking was${\displaystyle }$
4. 1. Bewijs dat voor elke p, 2, 5 of 10 een kwadratisch residu is modulo p
   2. Gebruik dit om aan te tonen dat er steeds twee opeenvolgende natuurlijke getallen (niet deelbaar door p) kwadratisch residu zijn modulo p
5. Er was een bewijs gegeven van een stelling (er zijn oneindig veel p zodat a een kwadratisch niet-residu is modulo p) met bijna elke zin schuingedrukt, je moet de schuingedrukte zinnen verklaren.
6. Geef een gesloten formule voor alle oplossingen van $x^2+y^2=z^3$

Examen van 24 juni 2008

1. Theorie:
   1. Onderaan blz 61 van de cursus staat "N(s) is een factor van N(p)=p^2 dus N(s)=p". Leg dit uit.
   2. In eig 6.3.3. staat: "Z_p is gesloten in Q_p". Leg dit uit. Is de verzameling $\{n^2\mid n\in \mathbb{\mathbb{N}}\}$ gesloten in Q_p ?
2. Zij $f(x)$ een veelterm in $\mathbb{\mathbb{Z}}[x]$. We noemen een priemgetal p een priemdeler van $f(x)$ indien er een $n\in \mathbb{\mathbb{N}}$ bestaat zodat p een deler is van f(n).
   1. Bepaal de priemdelers van $x^2+1$ en $x^2-2$.
   2. Toon aan dat een priemdeler van $x^4-x^2+1$ congruent is met 1 modulo 12.
3. Vind alle oplossingen van $x^4+2x+36\equiv 0\text{ mod }875$.
4. Zij p>5 een priemgetal. Toon aan dat 2 of 5 of 10 een kwadratisch residu is modulo p. Toon aan dat er twee opeenvolgende natuurlijke getallen (niet nul modulo p) zijn die kwadratisch residu modulo p zijn.
5. Gegeven was een bewijs van een zekere eigenschap. Je moest dat bewijs verder uitwerken.
6. Vind alle gehele oplossingen van de vergelijking $x^2+y^2=z^3$ waarbij x en y relatief priem zijn en waarbij x en y verschillende pariteit hebben. Dat wil zeggen: x is even en y is oneven of vice-versa.

Examen van 23 juni 2008

1. Theorie:
   1. Bewijs de laatste congruentie in lemma 4.6.3
   2. (Eigenschap 6.3.4) Bewijs dat $\sum _{i=r}^{\mathrm{\infty }}{c}_i$ met $c_i\in {\mathbb{\mathbb{Q}}}_p$, $r\in \mathbb{\mathbb{Z}}$ convergeert naar een element in ${\mathbb{\mathbb{Q}}}_p$ indien $\underset{i\to \mathrm{\infty }}{\lim }{c}_i=0$.
2. Neem $p\equiv 3(\mathrm{mod}8)$ met $p$ priem en $q=(p-1)/2$ ook priem. Is q altijd een kwadratisch residu modulo p?
3. Beschouw $F_n=2^{(}{2}^n)+1$, het n-de Fermat-getal. Beschouw een $k>2$, onderling ondeelbaar met $F_n$. Bewijs:$k^{\frac{F_n-1}{2}}\equiv -1(\mathrm{mod}{F}_n)⟺F_n$ is priem en $\left(\frac{k}{F_n}\right)=-1$
4. Toon aan dat het Hasse-principe van toepassing is op de volgende vergelijking: $x^2+2x{z}^2+z^4+3y^2=q$ met q priem waarbij de oplossingen $(x,y,z)$ in $\mathbb{\mathbb{Q}}$ moeten liggen. Bereken vervolgens de q waarvoor de bovenstaande vergelijking een oplossing heeft.
5. Zoek de gehele oplossingen van $x^2-11y^2=5$

Examen van 9 juni 2008

1. (Mondeling te verdedigen.)
   1. In het bewijs van stelling 3.1.1: leg uit waarom R(t) coefficiënten in $\mathbb{\mathbb{Z}}$ heeft.
   2. In het bewijs van stelling 6.1.3, de vierde regel van het bewijs: leg uit waarom ${\phi }_2(a_2)=a_1$.
2. (Mondeling te verdedigen.) Toon aan dat 5 nooit een kwadratisch residu is modulo een priemgetal p van de vorm $p=6^n+1$ (waarbij $n\in \mathbb{\mathbb{N}}$ en $n\ge 1$).
3. Zij $n:=3^{100}+2$. Stel dat je weet dat $x^2-53$ geen wortels heeft in ${\mathbb{\mathbb{Z}}}_n$. Toon aan dat n niet priem is.
4. Zij P een verzameling van priemgetallen en $\pi :P\to \mathbb{\mathbb{Z}}$ een willekeurige afbeelding. Dan bestaat er een rij $(a_n{)}_n$ in $\mathbb{\mathbb{Z}}$ zodat $\mathrm{\forall }p\in P:(a_n{)}_n\text{ convergeert naar }\pi (p)\text{ in }{\mathbf{𝐙}}_p$. Toon dit aan. Eventueel kan je eerst met P eindig proberen.
5. Zij R de ring van de algebraische gehelen van $\mathbb{\mathbb{Q}}\left(\sqrt{2/3}\right)$. Bepaal de verzameling van alle eenheden van R. Wees nauwkeurig in je bewijs.

Examen van 29 juni 2007

1. Werk de volgende citaten uit de cursustekst heel nauwkeurig uit:
   1. Algoritme 4.1.7 op pagina 15: De kans dat $\frac{c+b}{c-b}$ geen kwadraat is in ${(\mathbb{\mathbb{Z}}/p\mathbb{\mathbb{Z}})}^{*}$ is minstens 1/2, aangezien de afbeelding $c\mapsto \frac{c+b}{c-b}$ een bijectie is van ${(\mathbb{\mathbb{Z}}/p\mathbb{\mathbb{Z}})}^{*}\setminus \{-b,b\}$ naar ${(\mathbb{\mathbb{Z}}/p\mathbb{\mathbb{Z}})}^{*}\setminus \{-1,1\}$.
   2. Eigenschap 6.3.5 op pagina 38: Dit is onafhankelijk van de keuze van $n$ en $m$ omdat de te bewijzen beweringen gelden voor de $p$-adische gehelen in $\mathbb{\mathbb{N}}$.
   3. Eigenschap 8.5.1 op pagina 64: Omdat $\mathbb{\mathbb{Z}}+\sqrt{-2}\mathbb{\mathbb{Z}}$ een uniek factorizatiedomein is, en omdat $y+\sqrt{-2}$ en $y-\sqrt{-2}$ onderling ondeelbaar zijn, volgt uit $(y+\sqrt{-2})(y-\sqrt{-2})=x^3$ dat $y+\sqrt{-2}$ het product is van de derde macht van een element van $\mathbb{\mathbb{Z}}+\sqrt{-2}\mathbb{\mathbb{Z}}$ en een eenheid in $\mathbb{\mathbb{Z}}+\sqrt{-2}\mathbb{\mathbb{Z}}$.
2. Noteer met $V$ de verzameling van alle natuurlijke getallen die op "2007" eindigen in hun decimale voorstelling. Bepaal alle priemgetallen $p$ zodat de verzameling $V$ dicht is in ${\mathbb{\mathbb{Z}}}_p$, de ring van de $p$-adische gehelen met de $p$-adische metriek.
3. Zij $p$ een willekeurig priemgetal. We noemen $X\in {\mathbf{𝐙}}_p$ de Teichmüller lift van $x\in {\mathbb{𝔽}}_p$ (het veld met $p$ elementen) indien het beeld van $X$ in ${\mathbb{𝔽}}_p$ gelijk is aan $x$ en $X^p=X$.
   1. Bewijs dat elke $a\in {\mathbb{𝔽}}_p$ een unieke Teichmüller lift $A$ heeft.
   2. Stel $p=5$ en $a=\overline{2}$. Bepaal de waarde van $A$ modulo 125.
4. Deze vraag bestaat uit drie deeltjes:
   1. Zij $p$ priem. Bewijs dat $\left(\frac{3}{p}\right)=(-1{)}^{\left[\frac{p}{3}\right]-\left[\frac{p}{6}\right]}$, met $[x]$ het grootste geheel getal kleiner dan of gelijk aan $x$.
   2. Zij $m\ne 0$ een geheel getal. Bewijs dat $12m^2-1$ een priemdeler $p$ heeft met $p\equiv 11(\mathrm{mod}12)$.
   3. Bewijs dat er oneindig veel priemgetallen $p$ bestaan met $p\equiv 1(\mathrm{mod}3)$. (Hint: wanneer is $\left(\frac{-3}{p}\right)=1$?)
5. Beschouw voor een gegeven priemgetal $p$ de vergelijking $x^2-xy+2y^2=p$.
   1. Bewijs dat de vergelijking een gehele oplossing $(x,y)$ heeft als $p\equiv 1(\mathrm{mod}7)$.
   2. Bepaal alle gehele oplossingen $(x,y)$ voor $p=29$.

Examen van 23 juni 2006 (NIET MEER RELEVANT)

1. gegeven een getal $p=3mod4$, $q=2p+1$, $q$ is priem.
   Bewijs: $q|2^p-1$
2. Beschrijf met één congruentierelatie alle priemgetallen p, die in decimale schrijfwijze niet eindigen op 1 of 6, en waarvoor ${\mathbb{\mathbb{Z}}}_p$ volgende eigenschappen heeft:
   • Er bestaat een getal a dat a+1 als multiplicatieve inverse heeft.
   • Er bestaan getallen a en b die zowel elkaars multiplicatieve als additieve inverse zijn.
   • Er bestaat een getal $x\in {\mathbb{\mathbb{Z}}}_p^x$ waarvan de derde macht gelijk is aan het drievoud.
3. Neem E het ontbindingsveld van de veelterm $x^3+5\in \mathbb{\mathbb{Q}}[x]$
   Bewijs: $E=\mathbb{\mathbb{Q}}(\sqrt{-3},\sqrt[3]{5})$
   Met welke gekende groep is de Galois-groep van E over $\mathbb{\mathbb{Q}}$ isomorf?
   Beschrijf ten slotte alle tussenvelden tussen E en $\mathbb{\mathbb{Q}}$ met behulp van een primitief element.
4. Gegeven: E is een eindige normale velduitbreiding van F.
   $V_E\subset E[x]$ is een vectorruimte over E, die gesloten is onder de actie van Gal(E,F), d.w.z.
   $f^{\sigma }\in V_E\mathrm{\forall }f\in V_E,\sigma \in Gal(E,F)$
   Stel $V_F=V_E\cap F[x]$.
   Bewijs dat een F-basis van $V_F$ ook een E-basis is van $V_E$