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Elementare und algebraische Zahlentheorie/1/Klausur/latex

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%Daten zur Institution

%\input{Dozentdaten}

%\renewcommand{\fachbereich}{Fachbereich}

%\renewcommand{\dozent}{Prof. Dr. . }

%Klausurdaten

\renewcommand{\klausurgebiet}{ }

\renewcommand{\klausurtyp}{ }

\renewcommand{\klausurdatum}{ . 20}

\klausurvorspann {\fachbereich} {\klausurdatum} {\dozent} {\klausurgebiet} {\klausurtyp}

%Daten für folgende Punktetabelle


\renewcommand{\aeins}{ 3 }

\renewcommand{\azwei}{ 3 }

\renewcommand{\adrei}{ 4 }

\renewcommand{\avier}{ 3 }

\renewcommand{\afuenf}{ 5 }

\renewcommand{\asechs}{ 4 }

\renewcommand{\asieben}{ 4 }

\renewcommand{\aacht}{ 6 }

\renewcommand{\aneun}{ 8 }

\renewcommand{\azehn}{ 6 }

\renewcommand{\aelf}{ 2 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 2 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 8 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 2 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 4 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 64 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ }

\renewcommand{\aachtzehn}{ }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellefuenfzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Ein \stichwort {Ideal} {}
\mathl{{\mathfrak a} \subseteq R}{} in einem \definitionsverweis {kommutativen Ring}{}{} $R$.

}{Das \stichwort {Legendre-Symbol} {.}

}{Eine \stichwort {Mersennesche Primzahl} {.}

}{Der \stichwort {ganze Abschluss} {} zu einer Erweiterung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ \subseteq }{S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} kommutativer Ringe.

}{Die \stichwort {Konjugation} {} in einem quadratischen Zahlbereich $A_D$.

}{Eine \stichwort {einfache} {} binäre quadratische Form. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der \stichwort {erste Ergänzungssatz} {} zum quadratischen Reziprozitätsgesetz.}{Der \stichwort {Primzahlsatz} {.}}{Der Satz über die Diskriminante quadratischer Zahlbereiche.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4 (1+2+1)}
{


a) Finde mit Hilfe des Euklidischen Algorithmus eine Darstellung der $1$ für die beiden Zahlen $19$ und $109$.


b) Nach dem Chinesischen Restsatz haben wir die Isomorphie
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \Z/(2071) }
{ \cong} { \Z/(19) \times \Z/(109) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Welche Restklasse modulo $2071$ entspricht dem Restklassenpaar $(1 ,0)$ und welche dem Paar $( 0,1 )$?


c) Bestimme diejenige Restklasse modulo $2071$, die modulo $19$ den Rest $5$ hat und die modulo $109$ den Rest $10$ hat.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Zeige, dass ein \definitionsverweis {kommutativer Ring}{}{} genau dann ein \definitionsverweis {Körper}{}{} ist, wenn er genau zwei \definitionsverweis {Ideale}{}{} enthält.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5 (2+2+1)}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b }
{ \geq }{ 2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ = }{ ab }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

a) Zeige, dass die beiden Polynome $X^a-1$ und $X^b-1$ Teiler des Polynoms $X^n-1$ sind.


b) Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a }
{ \neq }{ b }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Ist $(X^a-1)(X^b-1)$ stets ein Teiler von $X^n-1$


c) Man gebe drei Primfaktoren von $2^{30} -1$ an.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Berechne mit Hilfe des quadratischen Reziprozitätsgesetzes und seiner Ergänzungssätze das Legendre-Symbol
\mathdisp {\left( \frac{ 563 }{ 1231 }\right)} { . }
Bemerkung: $563$ und $1231$ sind Primzahlen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Zeige, dass es \definitionsverweis {überabzählbar}{}{} viele \definitionsverweis {Untergruppen}{}{} der multiplikativen Gruppe
\mathl{( \Q^{\times}, \cdot, 1 )}{} gibt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (2+2+2)}
{

Bekanntlich gilt die Gruppenisomorphie
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \R_+ \times S^1 }
{ \cong} { {\mathbb C}^{\times} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} wobei einem Paar
\mathl{(r,s)}{} die komplexe Zahl
\mathl{r \cdot s}{} entspricht. Entsprechend gibt es einen injektiven Gruppenhomomorphismus \maabbeledisp {} { \Q_+ \times S^1_\Q } { \Q[ { \mathrm i}] ^{\times} } {(r,s)} { r \cdot s } {.} \aufzaehlungdrei{Zeige, dass diese Abbildung nicht surjektiv ist. }{Zeige, dass jedes Quadrat aus
\mathl{\Q[ { \mathrm i}] ^{\times}}{} zum Bild gehört. }{Man gebe ein Beispiel für ein
\mathl{z \in \Q[ { \mathrm i}] ^{\times}}{,} das kein Quadrat ist und zum Bild gehört. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Beweise den Charakterisierungssatz für gerade vollkommene Zahlen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6}
{

Zeige, dass in
\mathl{\Z/(29)}{} die Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{x^4 +y^4 +z^4 }
{ =} {0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} nur die triviale Lösung
\mathl{(0,0,0)}{} besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es sei $R$ ein \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathfrak p} }
{ \neq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Primideal}{}{.} Zeige, dass die \definitionsverweis {Norm}{}{} von ${\mathfrak p}$ eine echte Primzahlpotenz ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Für welche \definitionsverweis {quadratfreien Zahlen}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{D }
{ =} {1 \mod 4 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ist
\mathl{{ \frac{ 1+ \sqrt{D} }{ 2 } }}{} eine \definitionsverweis {Einheit}{}{?}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei \maabbdisp {\nu} {(K^\times, \cdot,1)} { (\Z,+,0) } {} ein \definitionsverweis {surjektiver}{}{} \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \nu(f+g) }
{ \geq }{\min\{ \nu(f) , \nu(g)\} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ f,g }
{ \in }{ K^{\times} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{R }
{ =} { { \left\{ f \in K^\times \mid \nu(f) \geq 0 \right\} } \cup \{0\} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {diskreter Bewertungsring}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{A_{-5} }
{ = }{ \Z[\sqrt{-5}] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} der \definitionsverweis {quadratische Zahlbereich}{}{} zu
\mathl{D = -5}{.} Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ {\mathfrak a} }
{ = }{(2,1+\sqrt{-5}) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Berechne die Anzahl der Elemente im Restklassenring
\mathl{A_{-5}/{\mathfrak a}}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es seien \mathkor {} {{\mathfrak f}} {und} {{\mathfrak g}} {} \definitionsverweis {gebrochene Ideale}{}{} in einem \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{} $R$. Es gelte
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak f} \cdot {\mathfrak g} }
{ =} { R }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zeige, dass dann
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak g} }
{ =} { {\mathfrak f}^{-1} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ist.

}
{} {}