talteori

.
Licens: Brukerspesifisert
.
Licens: Brukerspesifisert
.
Licens: Brukerspesifisert

Artikelstart

Talteori, den gren af matematikken, som beskæftiger sig med tallene, specielt med de naturlige og de hele tal. Området har altid fascineret også ikke-matematikere, fordi det indeholder en række problemer, der er nemme at forstå, men vanskelige at løse. Problemerne fremkommer dels via matematikkens naboområder som anvendt geometri, fysik og astronomi, dels ved i forbindelse med talrækken at stille de klassiske matematiske spørgsmål om hvad, hvor og specielt hvorfor. Ingen matematisk teori dækker hele området, og det er et særkende, at metoder af mange forskellige typer har ført til resultater.

Elementær talteori

omfatter især tallenes multiplikative egenskaber, altså spørgsmål om fx delelighed og kongruens, primtal og sammensatte tal samt fuldkomne tal. En hjørnesten er sætningen om entydig primfaktoropløsning af naturlige tal (aritmetikkens fundamentalsætning, se primfaktor). Af geometrisk oprindelse er spørgsmålet om at bestemme pythagoræiske talsæt, dvs. sæt af hele tal (x,y,z), der kan være længder i en retvinklet trekant. Det fremgår af lertavler, skrevet før 1500 f.Kr., at babylonierne kunne frembringe sådanne talsæt, fx x = 13.500, y = 12.709 og z = 18.541. Fra den tidlige græske matematik kendes beviset for, at siden og diagonalen i et kvadrat er inkommensurable, altså at siden og diagonalen ikke samtidig kan være hele tal. Ligeledes kendes fra græsk matematik Euklids algoritme til bestemmelse af den største fælles divisor for to tal, Euklids bevis for, at der er uendelig mange primtal, og undersøgelsen af de lige fuldkomne tal. Den kinesiske restklassesætning fra 1. årh. e.Kr. har været anvendt i kalenderberegninger. Den udsiger, at hvert system af kongruenser xa1 (mod n1), ... , xar (mod nr), hvor tallene ni er parvis primiske, har en løsning x, og x er entydigt bestemt modulo produktet n1∙∙∙nr .

Den egentlige talteori går tilbage til 1600-t. Af tidlige, letforståelige resultater kan nævnes Fermats lille sætning, Eulers sætning om fremstilling af primtal som sum af to kvadrater, Bachets sætning og Wilsons sætning. Fundamental betydning fik Fermats store sætning (som en inspirerende udfordring) og Gauss' reciprocitetssætning om kvadratiske rester.

Eksempler på resultater i den elementære talteori

Fermats lille sætning: Når tallet a ikke er deleligt med primtallet p, så er ap–1–1 deleligt med p. Sætningen blev formuleret af P. de Fermat. Eulers sætning: Ethvert primtal p af formen 4n+1 kan skrives som en sum af to kvadrater, p = x2+y2; fx er 5 = 12+22, 13 = 22+32, og 17 = 12+42. Sætningen blev formodet af Fermat, men først bevist af Euler. Bachets sætning: Ethvert naturligt tal k kan skrives som en sum af fire kvadrater, k = x2+y2+z2+w2; fx er 4 = 22+02+02+02 = 12+12+12+12. Sætningen blev formuleret i 1621 af den franske matematiker Claude Bachet (1581-1638) og bevist af J.L. Lagrange i 1770. Wilsons sætning: Når p er et primtal, så er (p–1)!+1 deleligt med p. Sætningen blev publiceret i 1770 af den britiske matematiker Edward Waring (1734-98) og tilskrevet hans elev John Wilson (1741-93). Den blev bevist af Lagrange i 1773.

Algebraisk talteori

omhandler egenskaber ved talringe, dvs. ringe af algebraiske tal, og en række vigtige spørgsmål i talteori kan med fordel betragtes i relation til talringe. Fx kan Pells ligning, x2Dy2 = 1, undersøges ved at betragte ringen af tal af formen x+y, hvor x og y er hele tal; med sådanne tal kan ligningen skrives (x+y)(x−y) = 1. Tilsvarende kan ligningen x2+y2 = p undersøges ved at betragte ringen af komplekse tal af formen x+yi, hvor x og y er hele tal; med sådanne tal kan ligningen skrives (x+iy)(xiy) = p.

Talringe opfører sig på flere måder ligesom ringen af hele tal. Idet de sædvanlige primtal kan defineres som de tal, der inden for de hele tal kun har trivielle divisorer (dvs. ±1 og ± tallet selv), kan man tilsvarende definere "primtallene" i en givet talring. Ethvert tal i talringen kan da opløses i "primfaktorer", men denne opløsning er ikke nødvendigvis entydig: Aritmetikkens fundamentalsætning gælder ikke for talringe i almindelighed. Teorien udvikledes i 1800-t., bl.a. af P. Dirichlet, som bestemte enhederne (dvs. de tal x i talringen, for hvilke også 1/x tilhører talringen), og af E. Kummer og R. Dedekind, som fandt resultater, der erstattede fundamentalsætningen.

Analytisk talteori

omfatter resultater opnået med metoder fra matematisk analyse, fx kompleks funktionsteori. Hertil hører sætninger om primtallenes fordeling og Dirichlets sætning om primtal i differensrækker. Sammenhængen mellem primtallene og Riemanns zetafunktionζ(s) for reelle værdier af s blev opdaget allerede i 1737 af L. Euler. Til den analytiske talteori hører også D. Hilberts løsning fra 1909 af Warings problem og G.H. Hardy og S.A. Ramanujans resultater fra 1917 om partitioner.

Geometrisk talteori

udnytter geometriske metoder, fx i spørgsmål vedrørende diofantiske approksimationer. Et hovedresultat her er Minkowskis gittersætning fra 1896: En punktmængde i Rn, der er symmetrisk omkring begyndelsespunktet og konveks og har et volumen større end 2n, indeholder foruden begyndelsespunktet mindst et punkt med heltalskoordinater.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig