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剰余類

Last updated at Posted at 2024-12-18

 ガロア理論の本を読むと、余りの数で分類したグループを
「剰余類」と呼んでいる。たとえば100を5で割ると、余りが
1,2,3,4,0(5で割り切れる)の5つのグループに分かれる。
今回は、この「剰余類」を取りあげ、「群論」の話に触れる。

●1.素数は貴重!素数2,3,5だけ取り上げる話をする。
6を因数分解すると、
  1, 2, 3, 4, 6
が因子になる。この中で、6と最小公倍数が同じもの、つまり
2と3と6を除くと、1と5だけが残る。この1と5を「既約剰余類」と呼ぶ。
つまり、「素数」と1だけ残る。(1は約数が1つなので、素数ではない。)

それに対して、5を因数分解すると、
  1, 5
になる。「素数」と1だけになる。なぜかというと、5が「素数」だからだ!

素数のすごさが分かる。

●2.既約剰余類
この商の6や5をnと置く。
nと互いに素であるものを選び、群にする
(Z/nZ)*
この*は、因数が入ってないことを意味する。
nに6を入れると、1と6だけ(「既約剰余類」だけ)選んでくれる。
(2,3,4は*マークが、省いてくれる。)

剰余類には、割り切れる、つまり余り0のグループがある。しかし、0のグループは
省きたいので、以下の表現をする。
  Z/5Z-{0}

「演算表」に、+に関して、または×に関してを左上に表記する。
「演算表」で、行(縦)と列(横)の交差するところに、1で割り切れるグループを探す。この行と列のお互いを、「逆行列」の関係という。例えば、5で割った余りが2のグループは、余りが4のグループの逆元である。

●3 互いに素
 kx+ny=1
の例題を説く。高校の数学Bの問題。
この問題は、「剰余類」の「逆元」と関連する良問である。解き方は割愛する。

●4 (Z/nZ)* は巡回群である。

巡回群は、nが素数だとありがたい。

(Z/pz)は、位数p-1の巡回群に同型である。
(Z/pZ)
と Z/(p-1)Z は同型である。

この同型を探す数学が、「群論」である。
たとえば、カレンダーは7日すると、また日曜日になります。
この「同型」は、365を7で割った余りのグループ(これが曜日になっている)
ですね。一見違うものをじっくりみて、同じ性質を探すのが、群論です。
その手掛かりが、nで割った余りのグループに着目して、そのnが素数だといろいろありがたいことが起きるのです!

参考文献)
「ガロア理論の頂を踏む」
石井敏全 著 ベレ出版
P.33からP.86

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