Klok met verwisselde wijzers.

Een klok werd om zes uur ’s ochtends in werking gesteld, maar al snel zag men dat de minutenwijzer met de snelheid van de urenwijzer rondging terwijl de urenwijzer met de snelheid van de minutenwijzer ronddraaide. Wanneer geeft de klok voor het eerst weer de juiste tijd aan? 

Dit is een bekende puzzel van Sam Loyd(1841-1911). Samuel Loyd was een Amerikaanse schaker, schaakcomponist, puzzelauteur en recreatief wiskundige.

De klok staat op 6:00, dus de kleine wijzer op 6, grote wijzer op 12. Bij een normale klok  draait de urenwijzer 30° per uur = 0,5° per minuut en de minutenwijzer  360° per uur = 6° per minuut. Maar in deze klok draait de kleine wijzer draait 6° per minuut en de grote wijzer  0,5° per minuut. Bij de start staat de kleine wijzer (urenwijzer) staat op 180° en de grote wijzer (minutenwijzer) op 0°.

Na t minuten staat de kleine wijzer op 180+6t graden en de grote wijzer op graden. We willen het moment dat de klok weer een geldig tijdstip toont — dat wil zeggen: de wijzers staan op posities die overeenkomen met een echte tijd. In de echte klok geldt bij een echte tijd minuten na 6:00: kleine wijzer: 180+0,5t′ en grote wijzer: 6t′. We eisen dus :

Uit de tweede vergelijking halen we dat t'=\frac{t}{12}. Invullen in de eerste vergelijking bekomen we \frac{143}{24}t \equiv 0 \mod 360. De oplossing t=0 willen we natuurlijk niet, de eerstvolgende oplossing is \frac{24}{143}360° \approx 60,42. Na ongeveer 1 uur en 25 seconden krijg je weer de exacte tijd.

U(ZC_5) en U(ZC_7) met computersoftware

Het berekenen van eenheden in de gehele groepsringen over eindige cyclische groepen vergt heel wat rekenwerk. Programma’s zoals GAP, Sagemath en Pari/GP kunnen daarbij zeker helpen. Voor de priemgetallen n=5 en n=7 kan je in ZC_5 en ZC_7 het resultaat ervan zien. We hanteren telkens 5 hoofdstukken:

  1. De Wedderburn ontbinding van QC_n met GAP.
  2. Symmetrische elementen met Sagemath.
  3. Z-orders in QC_5^+ met Sagemath.
  4. Eenheden in de Wedderburn componenten met Pari.
  5. Eenheden in ZC_5^+ in Pari en Sagemath

 

Wortelspiraal

De term “wortel spiraal” verwijst naar de spiraal van Theodorus, een meetkundige constructie om de vierkantswortels van opeenvolgende natuurlijke getallen te visualiseren.  De spiraal bestaat uit een reeks aaneengeschakelde rechthoekige driehoeken, waarbij elke driehoek aan de vorige wordt geplaatst. De schuine zijde van de volgende driehoek is de wortel van het volgende natuurlijke getal, en de lengte daarvan wordt bepaald door de stelling van Pythagoras. 

Hadamard matrix

Een Hadamard matrix is een vierkante matrix met alleen maar 1 of -1 als elementen en zodat elk tweetal kolommen ( of rijen) loodrecht op elkaar staan ( de som van de producten op de zelfde rij is nul). Een Hadamard matrix is dus een vierkante orthogonale matrix met elementen 1 en -1. Hij is vernoemd naar de Franse wiskundige J. Hadamard(1865-1963).

Er kan niet  voor elke willekeurige orde een Hadamard matrix bestaan. Een noodzakelijke voorwaarde is dat de orde gelijk moet zijn aan 1, 2 of een veelvoud van 4. De grote open vraag in de wiskunde, bekend als het Hadamard-vermoeden, is: Bestaat er een Hadamard-matrix voor elke orde die een veelvoud van 4 is? Tot nu toe is er nog geen tegenvoorbeeld gevonden, maar een algemeen bewijs ontbreekt nog steeds. De kleinste orde waarvoor het bestaan van een Hadamard-matrix nog niet is bewezen of weerlegd, is .

In de telecommunicatie en informatietheorie worden Hadamard-matrices gebruikt om foutcorrectiecodes te construeren, zoals de Reed-Muller-codes. De orthogonaliteit van de rijen maakt het mogelijk om verzonden signalen ondanks ruis betrouwbaar te decoderen, omdat de verschillende ‘woorden’ (rijen van de matrix) zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn. Dit is cruciaal voor bijvoorbeeld de CDMA-techniek (Code Division Multiple Access) in mobiele netwerken.