信息安全数学基础 II 第一次作业_初等数论

第 1、2、3、4、5 章

第 1 章 整数的可除性

(13)

Question

证明:形如 4k+3 的素数有无穷多个.

Answer

证明:

NI+,

p1,p2,,pn 为形如 4n+3 的不大于 N 的所有素数,即形如 4n+3 的素数个数有限.

q=4ki=1pi1pi 显然不为 q 的素因数.

  1. q 为素数

    q=4ki=1pi1=4(ki=1pi1)+3

    q 也为形如 4n+3 的素数,显然有 q>N,表明存在大于 N 的形如 4n+3 的素数.

  2. q 不为素数

    先证明:形如 4n+3 的正整数必有形如 4n+3 的素因数.

    易知一切奇素数可写成 4k+14k+3(kI) 的形式.
    (4k1+1)(4k2+1)=4(4k1k2+k1+k2)+1 不形如 4n+3,
    4n+3 分解成的素因数乘积一定含 4n+3 形式的素数.

    q 必含形如 4n+3 的素因数 p,且 ppi (i=1,2,,k), 则 p>N
    表明存在大于 N 的形如 4n+3 的素数 p.

由于 N 为任取正整数,则证明形如 4n+3 的素数有无穷多个.

(17)

Question

将二进制 (111100011110101)2,(10111101001110)2 转换为十六进制.

Answer

解:

(0111 1000 1111 0101)2=(78F5)16.

(0010 1111 0100 1110)2=(2F4E)16.

(18)

Question

将十六进制 (ABCDEFA)16,(DEFACEDA)16,(9A0AB)16 转换为二进制.

Answer

(ABCDEFA)16=(1010 1011 1100 1101 1110 1111 1010)2.

(DEFACEDA)16=(1101 1110 1111 1010 1100 1110 1101 1010)2.

(9A0AB)16=(1001 1010 0000 1010 1011)2.

(28)

Question

求以下整数对的最大公因数:

(20785,44350).

Answer

解:

44350=2×20785+278020785=7×2780+13252780=2×1325+1301325=10×130+25130=5×25+525=5×5

最大公因数是 5.

(32)

Question

运用广义欧几里德除法求整数 s,t 使得 sa+tb=(a,b).

(1613,3589).(2947,3772).

Answer

解:

3589=2×1613+3631613=4×363+161363=2×161+41161=3×41+3841=1×38+338=12×3+23=1×2+12=2×1 (1613,3589)=1=32=3+12×338=13×(4138)38=13×4114×(1613×41)=55×(3632×161)14×161=55×363124×(16134×363)=551×(35892×1613)124×1613=551×35891226×1613

 (1613,3589)=1=(1226)×1613+551×3589

3772=1×2947+8252947=3×825+472825=1×472+353472=1×353+119353=2×119+115119=1×115+4115=28×4+34=1×3+13=3×1 (2947,3772)=1=43=4+28×4115=29×(119115)115=29×11930×(3532×119)=89×(472353)30×353=89×472119×(825472)=208×(29473×825)119×825=208×2947743×(37722947)=951×2947743×3772

 (2947,3772)=1=951×2947743×3772

(50)

Question

求出下列各对数的最小公倍数.

[132,253].

Answer

解:

253=1×132+121132=1×121+11121=11×11

 (132,253)=11.

 [132,253]=132×253(132,253)=11×12×11×2311=11×12×23=29436.

第 2 章 同余

(2)

Question

证明:当 m>2 时,02,12,,(m1)2 一定不是模 m 的完全剩余系.

Answer

证明:

 m>2,(m1)2=m22m+1=m(m2)+11(modm)

1 和任意 (m1)2 在同一剩余类中,则 m>2 时,

02,01,,(m1)2 一定不是模 m 的完全剩余类.

(6)

Question

200359 日是星期五,问第 220080509 天是星期几 ?

Answer

解:

212(mod7),224(mod7),231(mod7)

20080509=3×6693503

 220080509=(23)66935031(mod7)

是星期六.

(9)

Question

n=pq,其中 p,q 是素数。证明:如果 a2b2(modn), nab, na+b,则 (n,ab)>1,(n,a+b)>1.

Answer

证明:

 a2b2(modn)

a2b2=kn=(a+b)(ab),kZ

 n(a+b)(ab),kpq=(a+b)(ab)

 n(ab),n(a+b)

则如设 pab,qa+b,则 pa+b,qab.

 (p,a+b)=1=(q,ab)

(n,ab)=(pq,ab)=(p,ab)=p>1(n,a+b)=(pq,a+b)=(q,a+b)=q>1

(12)

Question

列出 Z/7Z 中的加法表和乘法表.

Answer

解:

Z/7Z={0,1,2,3,4,5,6}.

加法表

0 1 2 3 4 5 6
0 0 1 2 3 4 5 6
1 1 2 3 4 5 6 0
2 2 3 4 5 6 0 1
3 3 4 5 6 0 1 2
4 4 5 6 0 1 2 3
5 5 6 0 1 2 3 4
6 6 0 1 2 3 4 5

乘法表

0 1 2 3 4 5 6
0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 2 3 4 5 6
2 0 2 4 6 1 3 5
3 0 3 6 2 5 1 4
4 0 4 1 5 2 6 3
5 0 5 3 1 6 4 2
6 0 6 5 4 3 2 1

(31)

Question

证明:如果 c1,c2,,cφ(m) 是模 m 的简化剩余系,那么

c1+c2++cφ(m)0(modm).

Answer

证明:

 C1,C2,,Cφ(m) 是模 m 的简化剩余系.

而对任意 Ci(mCi)+Ci0(modm).

mCi 属于模 m 的简化剩余系.

 c1+c2++cφ(m)0(modm).

第 3 章 同余式

(1)

Question

求出下列一次同余方程的所有解.

17x14(mod21).

Answer

解:

 (17,21)=114

有解.

求出 7x1(mod21) 的一个特解 x05(mod21).

17x14(mod21) 的一个特解 x014x01457(mod21).

所有解为 x7(mod21).

(10)

Question

证明:同余方程组 {xa1(modm1)xa2(modm2)

有解当且仅当 (m1,m2)(a1a2). 并证明若有解,该解模 ([m1,m2]) 是唯一的.

Answer

证明:

必要性:

有解  (m1,m2)=1(a1a2),显然成立.

充分性:

xy1m1+a1y1m1a2a1(modm2).

有解 y1y0(modm2).

x0=a1+m1y0,则 x0a1(modm1),且

x0=a1+m1y0a2(modm2)

 x0 为同余方程组的解.

x1,x2 为方程组的解,则 x1x2(modm1),x1x2(modm2).

 x1x2(mod[m1,m2]),解模 ([m1,m2]) 是唯一的.

(16)

Question

求下列一次同余方程组的解.

{x+2y1(mod7)2x+y1(mod7).

Answer

解:

{x+2y1(mod7)2x+y1(mod7){x+y3(mod7)xy0(mod7)

{x5(mod7)y5(mod7)

(19)

Question

将同余式方程化为同余式组来求解.

(i) 23x1(mod140);(ii) 17x229(mod1540).

Answer

解:

(i)

23x1(mod140){23x1(mod4)23x1(mod5)23x1(mod7){x3(mod4)x2(mod5)x4(mod7)

 m1=4,m2=5,m3=7.

 M1=35,M2=28,M3=20.

{35M11(mod4)28M21(mod5)20M31(mod7){M1=3M2=2M3=6

 x3325+2228+4620(mod140)x67(mod140).

(ii)

17x229(mod1540){17x1(mod4)17x4(mod5)17x5(mod7)17x9(mod11){x1(mod4)x2(mod5)x4(mod7)x7(mod11)

 m1=4,m2=5,m3=7,m4=11.

 M1=385,M2=308,M3=220,M4=140.

{385M11(mod4)308M21(mod5)220M31(mod7)140M41(mod11){M1=1M2=2M3=5M4=7

 x11385+22308+54220+77140(mod1540)x557(mod1540).

(23)

Question

求解同余式

3x14+4x13+2x11+x9+x6+x3+12x2+x0(mod7).

Answer

解:

3x14+4x13+2x11+x9+x6+x3+12x2+x0(mod7)(x7x)(3x7+4x6+2x4+x2+3x+4)+x6+2x5+2x3+15x2+5x0(mod7)x6+2x5+2x3+15x2+5x0(mod7)

代入 x=0,1,2,3,4,5,6

x0(mod7)x6(mod7).

(24)

Question

求解同余式

f(x)x4+7x+40(mod243).

Answer

解:

求导 f(x)=4x3+7(mod243).

243=35.

 f(x)0(mod3)x11(mod3).

x=1+3t1 代入 f(x)0(mod9).

f(1)+f(1)t130(mod9)f(1)3(mod9),f(1)2(mod9).

 3+6t10(mod9)2t11(mod3).

 t11(mod3).

 f(x)0(mod9)x21+3t14(mod9).

x=4+9t2 代入 f(x)0(mod27).

f(4)18(mod27),f(4)20(mod27).

 18+20t290(mod27)2t22(mod3).

 t22(mod3).

 x34+9t222(mod27).

x=22+27t3 代入 f(x)0(mod81).

f(22)0(mod81),f(22)7(mod81).

 0+7t310(mod3).

 t30(mod3).

 x4x3+27t322(mod81).

f(22)162(mod243),f(22)6(mod243).

 162+27t460(mod243).

 t42(mod3).

 x5x4+81t4184(mod243).

解为 x84(mod243).

第 4 章 二次同余式与平方剩余

(4)

Question

求满足方程 E:y2=x32x+3(mod7) 的所有点.

Answer

解:

x=0,1,2,3,4,5,6 分别求 y.

x=0,y23(mod7),无解.

x=1,y22(mod7)y=3,4(mod7).

x=2,y20(mod7)y=0(mod7).

x=3,y23(mod7),无解.

x=4,y23(mod7),无解.

x=5,y26(mod7),无解.

x=6,y24(mod7)y=2,5(mod7).

5 个点.

(10)

Question

求解同余式 x279(mod105).

Answer

解:

 105=357

原同余式等价于同余式组

{x2791(mod3)x2794(mod5)x2792(mod7){x=x1±1(mod3)x=x2±2(mod5)x=x3±3(mod7)

 m1=3,m2=5,m3=7,m=105.

 M1=35,M2=21,M3=15.

 M1=2,M2=1,M3=1.

 x70b1+21b2+15b3(mod105)

x70+42+4552(mod105)x70+424567(mod105)x7042+4573(mod105)x70424588(mod105)x70+42+4517(mod105)x70+424532(mod105)x7042+4538(mod105)x70424553(mod105)

(20)

Question

(151373);(151373);(151373);

Answer

解:

(151373) =(373151)(1)1511237312 =(71151) =(15171)(1)1511237312 =(971) =(3271) =1 

(9112003) =(2003911)(1)91112200312 =(181911) =(911181)(1)1811291112 =(6181) =(2181)(3181) =(1)181218(1813)(1)18112312 =(13) =1 

(37200723) =(20072337)(1)371220072312 =(3537) =(537)(737) =(375)(1)5123712(377)(1)7123712 =(25)(27) =(1)5218(1)7218 =1 

(22)

Question

求下列同余方程的解数:

x22(mod67);x22(mod67);

Answer

解:

(267) =(167)(267) =(1)6712(1)67218 =1 

有两个解.

(267) =(1)67218 =1 

无解.

(26)

Question

判断下列同余方程是否有解:

x27(mod227);11x26(mod91);

Answer

解:

(7227) =(2277)(1)22712712 =(37) =(73)(1)312712 =(13) =1 

 7227 的平方剩余,有解.

11x26(mod91)x216(mod91){x23(mod13)x22(mod7){x=x1±4(mod13)x=x2±3(mod7)

 m1=13,m2=7.

 M1=7,M2=13.

 M1=2,M2=5.

 x14b1+65b2(mod91)

有解.

(39)

Question

p=401,q=281,求解下列同余式:

(v) x2=11(modpq).

Answer

解:

x2=11(modpq),p=401,q=281

{x211(mod401)x211(mod281).

(11281) =(28111)(1)281121112 =(611) =(211)(311) =(1)11218(113)(1)1112312 =(1)3218 =1 

无解.

第 5 章 原根与指标

(5)

Question

问模 47 的原根有多少个?求出模 47 的所有原根.

Answer

解:

 47 为素数.

 φ(47)=46=2×43q1=2,q2=43.

原根个数 n=φ(φ(m))=φ(46)=φ(2)φ(23)=22.

只需验证 g231(mod47),g21(mod47) 是否成立.

2,3,5 等进行验算.

224,238,2416,
2734,2821,2161(mod47).

329,3327,3481,
3725,3828,31632,3231(mod47).

524,5331,5414,
5711,588,51617,5231(mod47).

 g=5 为模 47 的原根,gd 遍历 47 的所有原根,其中

d=1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,25,27,29,31,33,35,37,39,41,43,45.

51=5,53=31,55=23,57=11,59=40,511=13,513=43,515=41,517=38,519=10,521=15,525=22,527=33,529=26,531=39,533=35,535=29,537=20,539=30,541=45,543=44,545=19(mod47)

22 个.

(10)

Question

pp12 都是素数,设 a 是与 p 互素的正整数. 证明 如果

a1,a21,ap121(modp),

a 是模 p 的原根.

Answer

证明:

 p,p12 为素数.

 φ(p)=p1=2p12.

 q1=2,q2=p12.

aφ(p)21(modp),a2=aφ(p)p121(modp).

 a 为模 p 的原根.

(17)

Question

求解同余式

x2229(mod41)

Answer

解:

 (n,φ(m))=(22,φ(41))=(22,40)=2,

ind29=7,(2,7)=1,

该同余式无解.

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