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Twitterで数学に関する話題を発信しています。本家のサイトはログインしなければ閲覧できない仕様になってしまったので,当サイトに移して誰でも見られるようにしました。(2023.8.1)

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

合同式は一般角の表現にも利用できます。
cosθ=1/2 のとき,θ≡±π/3 (mod 2π)
z=1+i のとき,arg(z)≡π/4 (mod 2π)

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

整数以外も対象にするときは,合同式の性質のうち「a≡b, c≡d ⇒ a±c≡b±d」は成り立ちますが「a≡b, c≡d ⇒ ac≡bd」は成り立ちません。積に関しては「kは整数, a≡b ⇒ ka≡kb」ならば成り立ちます。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

an≡bn (mod 2π) の両辺をnで割るときも,整数の合同式と似ていて,単純に割ることはできません。法が変わって a≡b (mod 2π/n) になります。例えば,複素数のn乗根がn個あることはこれで説明できます。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

a^n (かなり大きい数) をbで割った余りを求める問題があります。a^nを小さくするのにいろいろな方法がありますが,基本は周期性です。地道にa¹,a²,a³,…をbで割った余りを調べて周期性を見つけるのも案外有効です。(算数ではそうやって解きます)

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

bが素数のときは,フェルマーの小定理 a^(p-1)≡1 (mod p) も有効です。この定理は,a^nに長さp-1の周期があることを教えてくれます。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

bが素数でなくても周期性はあります。その場合も何か定理を使いたいのであれば,オイラーの定理 a^φ(n)≡1 (mod n) を使って下さい。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

ただし,フェルマー小定理のp-1も,オイラーの定理のφ(n)も,それが最小の周期とは限りません。周期は小さいほど有り難いので,この点はちょっと残念です。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

0を法とする合同 a≡b (mod 0) は,a=bと同じ意味です。このことは,≡が=の拡張であることを示しています。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

0で割るというとタブーのように感じますが,それは商を考える場合です。合同式は商を無視して余りだけを考えるものなので,法を0とすることに問題はありません。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

a≡b (mod n) は,n=1のときは常に成り立ち,nが大きいほど成立が厳しくなるのですが,最も厳しいのはn=0のときだというのは面白いことだと思います。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

2016÷28=72。今年は西暦が和暦で割り切れる年です。次にそうなるのはいつかと考えると,西暦と和暦の差が2016-28=1988で,1988の約数が1,2,4,7,14,28,71,…であることから,平成71年だと分かります。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

ついでに,西暦を和暦(平成)で割ったときに余りが1になる年はいつかということも考えてみました。すると,西暦3975年÷平成1987年の1回しかないことが分かりました。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

1988+n≡1 (mod n)。左辺からnをひくと,1988≡1 (mod n)。両辺から1を引くと,1987≡0 (mod n)。1987は素数なので,n=1またはn=1987。n>1よりn=1987。こうしてみると結構当たり前のことでした。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

チェバの定理の証明です。三角形の相似だけを使った素朴な方法です。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

チェバの定理を拡張してみようといろいろ試して遊んでいます。これは失敗例ですが,思いついたことをすぐ実験して確かめられるのがGeoGebraの便利なところです。