Periode decimaal getal

We kunnen elke breuk schrijven in zijn decimale vorm. Ofwel eindigt deze schrijfwijze ( niet repeterend) , zoals bij \frac{1}{4}=0,25 ofwel krijg je een deel dat zich steeds herhaalt ( repeterend). Neem bijvoorbeeld \frac{1}{}=0,333.... De periode is 3 ( het deel dat herhaald wordt ) en de lengte van de periode is 1.

Hoe kunnen we nu de lengte van die periode berekenen?

  • De teller van de breuk speelt geen rol bij de lengte van de periode. Vandaar dat we enkel  zullen werken met stambreuken \frac{1}{n}.
  • Een breuk is niet repeterend als de priemontbinding van de noemer enkel bestaat uit factoren 2 en 5.
  • De lengte van de deel na de komma, voor het repeterend deel: kijk naar het aantal twee en het aantal vijven in de priemfactor ontbinding en neem het grootste aantal van beiden. Zo is \frac{1}{35}=0,0285717285714... :  dus 1 cijfer voor het repeterend deel begint.
  • De lengte van de periode van \frac{1}{n} is de kleinste p waarvoor geldt dat n een deler is van 10^{p-1}.
  • Als n een priemgetal is dan is de lengte van de periode van \frac{1}{n} een deler van n – 1. Als de lengte juist n – 1 is, dan noemen we dat priemgetal een volledig herhalend priemgetal. Onder 1000 zijn dat het getallen 7, 23, 47, 59, 167, 179, 263, 383, 503, 863, 887, 983.
  • Als n en m priem zijn en de lengtes van de periodes van \frac{1}{n} en \frac{1}{m} zijn respectievelijk p_1 en p_2, dan is de lengte van de periode van \frac{1}{nm} het kleinste gemene veelvoud van p_1 en p_2 of een veelvoud daarvan.
  • Als n een priemgetal is waarvan de lengte van de periode gelijk is aan p, dan is de lengte van  de periode van \frac{1}{n^k} gelijk aan p.n^{k-1}.

Een voorbeeld: Neem de breuk \frac{1}{589}. De noemer is te schrijven als 589=19*31. De lengte van de periode voor een noemer 19 is een deler van 18 en narekenen leert ons dat het 18 is. De lengte van de periode voor een noemer 31 is een deler van 30 en blijkt 15 te zijn. Vervolgens nemen we het kleinste gemene veelvoud van 18 en 15: dit is 60. Bijgevolg is de lengte van de periode van \frac{1}{589} gelijk aan 90.

Vierkwadraten stelling

Elk priemgetal, gelijk aan 1 modulo 4, kan geschreven  worden als som van twee kwadraten. Dat een getal als som van twee kwadraten
geschreven kan worden is niet vanzelfsprekend. Bij een getal dat 3 (mod 4) is kan dat bijvoorbeeld niet. Daarentegen bleek dat wel elk getal getal te schrijven is als som van vier kwadraten.

Elk positief geheel getal kan geschreven worden als som van 4 kwadraten van gehele getallen.

    \[n=x_1^2+x_2^2+x_3^2+x_4^2\]

Deze stelling was al gekend door Diophantus; Euler heeft 40 jaar gezocht naar een bewijs ervan, maar het was Joseph-Louis Lagrange ( 1736 – 1813)  die in 1772 het eerste bewijs formuleerde.

Het kan zelfs in veel gevallen met drie kwadraten. Legendre ( 1752 – 1833) beweerde dan elk getal, tenzij van de vorm 4^k(8m+7) , te schrijven is als som van drie kwadraten.

Er bestaat zelfs een mogelijkheid  om  het totaal aantal manieren  te berekenen, waarop een gegeven positief geheel getal n  kan worden geschreven als de som van vier kwadraten. Als n oneven is moet je 8 keer de som van zijn delers nemen en als n even is 24 keer de som van zijn oneven delers. Merk hierbij op dat (x_1,x_2,x_3,x_4) geordend is en dat we gehele oplossingen zoeken ; dus ook rekening houden met negatieve getallen.

Toepassingen op stelling van Fermat

Nog even in herinnering brengen, de kleine stelling van Fermat luidt: Als p een priemgetal is Ena en p onderling ondeelbaar zijn dan is

    \[a^{p-1}\equiv 1 \mod p\]

 of

    \[a^p \equiv a \mod p\]

 

Nu een paar toepassingen:

  • n^{13}-n is altijd deelbaar door 2730. Bewijs.
    Antwoord Klik hier


  • 5^p-2*3^p+1 is een p-voud als p priem is. Bewijs. 
    Antwoord Klik hier



  • 1492^n-1771^n-1863^n+2141^n is steeds deelbaar door 1946. Bewijs dit  en volgende opgaven zelf!
  • n ^2+2n+12 is nooit deelbaar door 112. Tip : vul alle waarden van n in modulo 7.
  • Als n oneven is, dan eindigt de decimale schrijfwijze van 2^{2n}(2^{2n+1}-1) steeds op 28.
  • Voor welke n is n^{n+1}+(n+1)^n een drievoud?

            

Euclidische getallen

Een Euclidisch getal van de eerste soort is een getal van de vorm E_n=p_1.p_2.\cdots.p_n+1, waarbij p_1,...,p_n de eerste n priemgetallen voorstellen. De getallen danken hun naam aan de Griekse wiskundige Euclides, die ze gebruikte in zijn bewijs dat er oneindig veel priemgetallen zijn. Stel dat er maar een eindig aantal priemgetallen zou zijn , zeg n. Noteer die dan door p_1,p_2,...,p_n. Neem dan het getal x=p_1.p_2.....p_n+1. Het getal x geeft bij deling door alle priemgetallen p_i als rest 1. Bijgevolg is x zelf ook een priemgetal, dat groter is dan alle gegeven priemgetallen. Dit is onmogelijk, dus moeten er oneindig veel priemgetallen zijn.

Zo is E_1=2+1=3, E_2=2.3+1=7, E_3=2.3.5+1=31. Dan komen 211,2311, 30031,…

  • Niet alle Euclidische getallen zijn priem. Het eerste niet-priemgetal is   2.3.5.7.11.13 = 30031 = 59 × 509 . Een open vraag is of er oneindig veel Euclidische getallen zijn die priem zijn.
  • Elk Euclidisch getal laat bij deling door 4 een rest gelijk aan 4 na. Dit komt omdat p_1.p_2.....p_n, juist 1 factor 2 bevat.
  • Bijgevolg kan een Euclidisch getal nooit een kwadraat zijn.
  • Voor n \geq 3 is het cijfer der eenheden van E_n altijd een 1.

Een Euclidisch getal van de tweede soort is een getal van de vorm E_n=p_1.p_2.\cdots.p_n-1, waarbij p_1,...,p_n de eerste n priemgetallen voorstellen. De eerste euclidische getallen van de tweede soort zijn  1, 5, 29, 209, 2309, 30029, 510509, 9699689,… Ook hier weten we eigenlijk niet of er oneindig veel Euclidische getallen zijn die priem zijn. In ieder geval het eerste niet priemgetal in de rij is 209 = 11 x 19.

Algebraïsche getallen

Een algebraïsch getal is een wortel van een van 0 verschillende veelterm met rationale coëfficiënten.

Zo is \sqrt{2} een reëel algebraïsch getal want \sqrt{2} is een wortel van de veelterm x^2-2. Verder is bijvoorbeeld \sqrt{2}i een complex algebraïsch getal want \sqrt{2}i is een wortel van de veelterm x^2+2.

Enkele eigenschappen:

  • het tegengestelde van een algebraïsch getal is ook een algebraïsch getal.
  • het omgekeerde van een van 0 verschillend algebraïsch getal is ook een algebraïsch getal.
  • elk rationaal getal is een algebraïsch getal.
  • ook de som en het product van 2 algebraïsche getallen zijn algebraïsch. Dit is niet zo evident. Neem bijvoorbeeld x=\sqrt{2}+\sqrt{3}, de som van 2 algebraïsche getallen. Dan is x-\sqrt{2}=\sqrt{3}, wat na kwadrateren x^2-1=2\sqrt{2}x geeft. Nogmaals kwadrateren geeft uiteindelijk x^4-10x^2+1=0.Bijgevolg is x een algebraïsch getal.
  • uit al de vorige eigenschappen kan je dus besluiten dat de algebraïsche reële getallen en de algebraïsch complexe getallen, allebei met de gewone optelling en vermenigvuldiging, velden zijn.
  • men kan zelfs bewijzen dat r een reëel algebraïsch getal is als r een wortel is van een van 0 verschillende veelterm met gehele coëfficiënten.
  • we noteren \mathbb{A} voor het veld van de reële algebraïsche getallen. Dan is \mathbb{Q} \subset \mathbb{A}\subset \mathbb{R}.

Een transcendent getal is een getal dat niet algebraïsch is. Het bestaan van transcendente getallen is niet vanzelfsprekend. dat ze inderdaad bestaan is bewezen door de Franse wiskundige J.Liouville(1809-1882). 

De transcendentie van e, de basis van de natuurlijke logaritmen, werd in 1873 bewezen door C.Hermite(1829-1901). De transcendentie van \pi werd op een gelijkaardige manier bewezen in 1882 door F.Lindemann(1852-1939)

Cantor bewees dat de verzameling van de complexe algebraïsche getallen aftelbaar oneindig is, met andere woorden ze bezit dezelfde kardinaliteit als de verzameling van de natuurlijke getallen. De stelling van Cantor houdt in dat de verzameling van de transcendente complexe getallen de overaftelbaar is. Dus bijna alle complexe getallen zijn transcendent! In de beginafbeelding zie je de algebraïsche complexe getallen.