ウィルソンの定理の証明
こんにちは、よねすけです。久々の投稿になります。
今回はウィルソンの定理を二通りで証明したいと思います。
- 逆元を用いた証明
逆元に関する話は前回にも少し書きましたが、ここに改めて記すことにします。
なる自然数に対して、なるがただひとつ存在し、と書きます。このとき
の個の数字をというペアに分けます。なぜこのようなペアに分けることができるかというと、
となり、この2つははじめから除いてあるからです。よって、
ゆえに、
となり、ウィルソンの定理が示されました。
- 原始根を用いた証明
は巡回群になることが知られており、その生成元を原始根と呼びます。(本当の定義は違う気がします。)
生成元の一つを選び、とすると、
と書けることが分かります。でウィルソンの定理が成り立つのは明らかなので以下ではとします。
ここでです。なぜなら、
がフェルマーの小定理から分かります。これよりとなるのですが、いまは原始根なのででなければならないのです。よって
が示されました。(最後にが奇素数であることを用いました。)
以上です。どちらもとてもおもしろい証明だと思います。
それでは
モジュラ逆数
よねすけです。今回は整数論を少しかじってみるよ。
を有理素数とし、の時、
なる整数がただひとつ存在することが一般に知られています。(証明はが上の式を満たすとしてを示せる。)
このときのをにおけるの逆元(モジュラ逆数とも)と言い、と書きます。
(競技プログラミングをしている友達がこのことについて質問してきました。競技プログラミングも結構数学を使うんだなあといった印象です。)
まあこれを書いただけじゃ意味が無いんでここでは1問問題を解いてみましょう。(本当はこの逆元を使ってウィルソンの定理を証明するのが良いんでしょうがここでは数オリ(?)の問題を載せます。)
をみたす。をで割った余りを求めよ。
自分の数論の問題集を取り出したらこの問題にマークが付いてたのが懐かしいのぉ〜と思いましたね。もう4年も前ですね笑
早速解いていきましょう。右辺のが邪魔なのでこれを払うと
となります。右辺の各項は整数で以外はで割れるので、
となり、答えはと分かりました。
一応説明しておくと
としました。これはウィルソンの定理 - Wikipediaを用いました。
あと、
としましたが、確かに
を満たすのでのにおける逆元がであることが分かりますね。
それでは。
円筒座標系におけるrotの表示
夏休みいかがお過ごしでしょうか。よねすけです。
今日は成績発表でしたね。僕は一科目だけ落としてたので異議申し立てするか迷っています。
今回は円筒座標系におけるrotがどう表されるかについて書きたいです。(だいぶ昔の)ゼミの教科書で当たり前のように出てきてびっくりしました。
まず、ユークリッド座標系でのベクトルは円筒座標系ではどのように表されるのでしょうか。
計算の方法としては直交座標から円筒座標への変数変換を考えます。
それぞれの座標系での基底ベクトルを定めます。直交座標については、
円筒座標については、
ただしこれらベクトルは直交座標ののるものとします。
このとき適当なベクトルこのような式を考えることができます。
は互いに直交することに注意すれば、
であり、
を用いれば、
となる事が分かります。も同様に示せます。
よって、
がわかりました。
次に
を円筒座標系で表示する事を考えます。
これは極座標の場合と同じで、
より、
が言えるので、
がわかります。
以上より、
これを各成分について計算して整理すると、(ここは計算が煩雑なので省略しました)
がわかります。方向については直交座標と何も変わらないのでの方向については何も計算しなくても良かったですね。最後の計算がほんまにめんどくさいです。
それでは。
前期の振り返りするで。
こんばんは、よねすけです。
3回前期が無事に(?)終わったのでいつもの様に振り返りを。今期は受けた授業がどれも面白かったです。
月曜2限:工業数学A2
数値計算に関する授業でした。数値計算アルゴリズムをいっぱい聞けてその歴史についても少し学べたので面白いと思いました。ほんとは全部自分で実装とかしないとダメなんだろうな、とか思いながらも結局ヤコビ法 - Wikipediaしか実装しませんでした。まあ実際使うときになったら実装しましょうね。
試験は授業の内容から証明問題が出たり、実際に近似計算させたり、という感じの問題でした。僕はパデ近似(Padé approximation)を覚えていませんでした、はい。ちゃんと勉強しましょう。
月曜3,4限:数値計算演習
はい、鬼門の実験です。正直、授業中に先生やTAにきちんと質問していればそんなにしんどくは無かったと思います。僕は授業中に怠けてしまって課題をためてしまったので提出日前日にモンスターエナジーを導入するハメになりました。課題はまじめにこなしましょうね。個人的にはパーコレーションのシミュレーッションが面白かったです。(課題の一つはこのURLに上がっています。http://www-fcs.acs.i.kyoto-u.ac.jp/~harada/education.html)
火曜2限:確率離散事象論
火曜日はこのコマしかなかったので、この授業終わったらきらめきJAPANに行こうかな、にぼに行こうかな、みたいなことを考えながら授業を受けていました。授業は待ち行列モデルに関するものでした。確率を正確に扱えるならば特に難しくありません。むしろ僕はこの授業で確率の計算をきちんと扱えるようになった気がします。
試験は授業から満遍なくでました。レジュメをしっかり理解して、基礎事項をきちんと覚えていれば問題無いでしょう。
水曜1限:工業数学A3
Fourier解析に関する授業です。Fourier解析をただ計算できるってだけじゃなくて解析的に厳密に扱えるようにしておきましょうね、っていう授業でした。僕はこういう授業も大切だな、と思います。
試験は演習問題と似たような問題が出ました。演習問題が解ければ問題無いでしょう。
水曜2限:確率と統計
確率と統計、名前の通りの授業です。途中から何をやっているか分からなくなった、と言っている人が結構いました。分からない時はその場できちんと復習しましょうね、といった所かな。
試験は授業から満遍なく出ました。計算力があって授業を理解していれば問題はなさそう。
水曜3限:人工知能
これもタイトル通りの授業。ほんまにこう言うのがあるよっていう感じでした。内容は一つ一つはとてもおもしろいとは思いましたが、正直苦手なタイプの授業でした。
試験は論述ばっかりでした。きちんとレジュメを読みましょう。僕は山を外して一題まるまるほぼ白紙でした。
水曜4限:力学系の数学
力学系の授業です。最高です。おもしろい。内容は面白いんやけど、それ以上に先生の雑談(?)が面白かったです。
試験は演習問題が解ければ特に問題なく解ける問題になっています。
木曜2限:物理統計学
僕が個人的に一番好きな授業でした。ブラウン運動、ランジュバン方程式などなど盛り沢山なイメージでした。
試験はレポート問題から1題、授業から1題でした。レポート問題をきちんと復習すれば難なくこなせるでしょう。
木曜4限:数理解析
超関数の基礎と超関数を用いた有名偏微分方程式の基本解の導出が主でした。今までの微積分のいろいろな定義を拡張していく感じ(?)が個人的に面白かったです。拡張する前に1回生の微積分をしっかり分かっとけや?って言われないようにしましょうね。
試験はなくてレポートのみです。分かっていれば、難しくはないです。分かっていれば、ですが。
金曜2限:振動・波動論
2回生の時に取り損ねたので取りました笑。恥ずかしいのでスルーしましょう。
金曜3限:非線形動力学
統計力学の基本的事項に始まり、数理生態のモデルの解析、集団引き込み転移の解析、スケールフリーネットワークの理論など幅広く扱った授業でした。スライドでシミュレーションの様子も見れて面白いなあと思いました。レポートが3回出ました。1回も出しませんでした笑。
試験はレポートが理解できていれば特に問題ありません。
こんな感じですね。夏休みはしっかり学び、働き、遊び、3回後期に備えたいと思います。
それでは。
試験のヤマのはりかた!
こんにちは。ざるご(@zalgo3)です。
ぼくは今定期試験の真っ最中です。小中高校生の人はもう試験は終わって夏休みなのかな?
というわけで今日はヤマはりについての話題です。
よく試験でヤマなんかはるな!全部ちゃんと勉強しろ!って言う人がいます。
まあ、それも一理あるんですけど、ヤマをはることってのはそんなに悪いことなんでしょうか?
先生が試験に出しそうなところ=重要なところ
です。そこをしっかりやるっていうのはその教科の理解に大きく貢献するでしょうね。
でも、ヤマはったら違うとこが出ておおコケした!赤点取っちゃった!なんて人もいるんじゃないでしょうか。
そういう人って、この図みたいなヤマのはりかたをしてるような気がします。
こうすることはあまりオススメしません。勉強したとこが出なかった時のリスクが大きすぎますね笑
それに、しっかり勉強した範囲が出たとしても、意外と問題が簡単で、ちゃんと勉強したのが報われなかった・・ってなりかねません。
僕のおすすめはこうです!
でなさそうなとこも、ちょっとはやりましょう!万が一出たとしてもその問題が最低限0点にはならずにすみます。
でも、結構メリハリはつけちゃって大丈夫だと思います!一番出そうなとこはスラスラ書けるくらいにしときたいですが、そこまででもないところにそんなにまじめに付き合ってあげなくても良さそうです。
ざるごでした。それではまた〜
弾性体の振動の縦波と横波
よねすけです。振動波動論の試験で弾性体の振動に関する問題が出て勉強してなくて全く分かりませんでした。つらい。。。
弾性体中の座標ベクトルの点の、時間における変位をとすると、弾性体の振動の方程式は
で与えられます。ここでは弾性体の密度、はヤング率、はポアソン比です。(いずれも定数、)
定ベクトルを用いてと書けたとします。これを先の振動の式に代入して整理すると
が得られます。
縦波の場合、すなわち考える波の進行方向と媒質の振動方向が平行な場合、
が言えます。を代入すれば
です。縦波の速さをとおくとなので
が分かりました。
横波の場合、すなわち考える波の進行方向と媒質の振動方向が垂直な場合、
が言えます。
横波の速さをとおくとなので
が分かりました。
縦波、横波の速さを比較してみましょう。
これより、が分かります。
地震のP波の速さはおよそ、地震のQ波の速さはおよそと言われているそうなのでだいたい一致していますね。
それでは。
無理数の無理数の無理数の・・・
こんにちは。世の大学生は試験前で忙しい頃ですね。僕ももれなく忙しいです。試験勉強頑張りましょうね。
少し前にtsujimotterさんのこの記事が話題になりました。
tsujimotter.hatenablog.com
この記事ではを用いて無理数の無理数乗の中で有理数になるものが存在することの証明を行っていました。結果から言うとは超越数になります。(このことは
ゲルフォント=シュナイダーの定理 - Wikipediaを用いるとすぐに分かります。)
では、次の値を考えてみましょう。
なんじゃこれ、そもそも収束するのか??って思わせる式ですね。
でもこれ、きちんと収束してくれるんですよ。しかも有理数に。不思議ですよね。は超越数になるのに、その操作を無限回行うと有理数になる。無限というものの神秘を感じます。
以下に証明を示します。証明は理系の高校生ならわかるとてもシンプルなものになっています。
高校生でも理解できる簡単な証明ですね。(これは多分同志社大学の数学の入試問題やった。)
(証明)
与えられた式を次のように数列を用いて漸化式で書き換えます。
証明すべきことはがに収束することです。
まずを数学的帰納法により示します。の時は明らかです。あるでだとすると
となりの場合も示されました。以上よりです。
次にという関数を考えます。
となります。ここで平均値の定理を考えると区間で
なるが存在します。が分かっているのでです。これより
が分かります。あとはこれを順番に用いると
となります。よりの極限で
となりました。以上よりが示されました。
一般にが自然対数の底よりも小さな以上の実数なら
が成立します。極限は奥が深いですね。
それでは。