8 votos

¿Por qué es la aritmética modular se define como una "similitud" y no de una operación?

Me estaba preguntando en las matemáticas sala de charla sobre la diferencia entre el$\equiv$$=$, y caí en una interesante veta de discusión en el que me gustaría preguntar acerca de. Aritmética Modular al parecer no está definida como una operación, pero una "similitud" (a falta de un mejor término), que es la razón por la $\equiv$ e no $=$ es utilizado. Sin embargo, también me dijeron que se puede definir una operación:

como $a\mod m$ es el menor número positivo equivalente a $a\mod m$, - Akiva Weinberger

pero entonces te escribo como $a~{\rm mod}~m=b~{\rm mod}~m$ en lugar de $a\equiv b\mod m$. - Akiva Weinberger

También me dijeron que

La más útil punto de vista es que el $a$ $b$ caen dentro de la misma "categoría" (más formalmente, equivalence class), que tienen la misma imagen bajo esa operación. - Akiva Weinberger

pero ¿por qué es más útil?

Mi idea aquí es que podría no ser útil, porque si dicen que $a\mod m = b \mod m$, lo que no significa necesariamente que $a=b$; sin embargo, con otras operaciones, tales como la adición, si usted ha $a+m=b+m$ usted saber que $a=b$ (no sé el nombre de esta "propiedad", lo siento). Así que tal vez una operación debe cumplir con ciertas "propiedades" y aritmética modular no cumplir con esto? No estoy seguro de que aunque.

8voto

John Hughes Puntos 27780

El "más útil" reclamo viene porque

  1. Se sigue un patrón que vemos a menudo en otras partes de las matemáticas y

  2. Le ahorra la molestia de tener que escoger un "especial" elemento de cada clase de equivalencia para el uso como el "nombre" de esa clase.

En tu ejemplo, para $m = 3$, la clase $\{0, \pm 3, \pm 6, \pm 9, \ldots \}$ se llama $0$, y lo mismo para las cosas nombrado $1$$2$, y que funciona muy bien. En este caso, el elemento de "0" es el "especial" en su clase de equivalencia.

Pero si nos fijamos en algo como $S^3$, el conjunto de pares de números complejos $(z, w)$$|z|^2 + |w|^2 = 1$, hay una hermosa relación de equivalencia en estos: decimos que $(z, w) \sim (z', w')$ siempre $zw' = wz'$. Resulta que geométricamente $S^3$ consiste de todos los puntos en 4 dimensiones del espacio cuya distancia al origen es 1, y cada clase de equivalencia resulta ser un círculo dentro de esta "3-esfera". Así que podemos escribir la 3-esfera como una unión de estos círculos. Pero para cada círculo, no hay 'preferido' elección de $(z, w)$, para representar a ese círculo, por lo que un esquema de nomenclatura como el que has usado no está realmente disponible. Pero la descomposición es todavía muy útil: es el llamado de Hopf Fibration, y es uno de los principales ejemplos en homotopy teoría.

En ciencias de la computación, es muy común querer recoger elementos especiales para tratar con las cosas individuales en lugar de conjuntos, por lo que "mod" (como una operación sobre enteros) muy a menudo se define en equipo idiomas exactamente de la manera que sugieren (aunque lo $n \bmod k$ al $n$ o $k$ es negativo resulta ser profundamente indecisos entre los científicos de la computación -- casi todos los imaginables definición ha sido utilizada, y no hay dos que parecen estar de acuerdo).

Permítanme un argumento más en favor de la "equivalencia de clase" de la definición. Si usted piensa de $\Bbb Z$$\Bbb Z/ n \Bbb Z$, siendo la última el "conjuntos de clases de equivalencia, entonces existe una función natural de la primera a la segunda: $$ p: \Bbb Z \a \Bbb Z/ n \Bbb Z: k \mapsto \text{la clase que contiene a $k$} $$

Por el contrario, la escritura de la "regla" para hacer $k$ a su diseño modular resto es una (pequeña) del dolor. La fórmula que he dado para la "proyección para el cociente" es el mismo para cualquier relación de equivalencia, y es tan simple que casi no necesita recordar.

Cuando llega el momento de definir las operaciones en el cociente (como "modular"), el strucutre de la prueba de que la operación tiene sentido es (en la clase de equivalencia caso) siempre el mismo: usted dice

"Supongamos que $a \sim b$$a' \sim b'$; vamos a demostrar que $$ p(a+a') = p(b + b') $$ lo que demuestra que la adición en el conjunto original ($\Bbb Z$) 'pasa al cociente.' Desde $a \sim b$, hay un entero $u$$a = b + un$; desde $a' \sim b'$, hay un entero $v$$a' = b' + vn$. Pero, a continuación,$a+a' = (b + b') + (u+v)n$, mostrando que el $a+a' \sim b + b'$."

Para algunos, las relaciones de equivalencia, los detalles de ese párrafo central son mucho más complicadas, pero la estructura se mantiene constante, que puede ser una gran ayuda en dejar que usted sabe lo que usted debe probar.

7voto

David HAust Puntos 2696

Operacional uso de mod (resto) es a menudo más conveniente en (mecánica) computacional contextos, mientras que el relacionales uso (congruencias) los rendimientos de más flexibilidad en la teórica contextos.

La diferencia asciende a si es más conveniente trabajar con el general de clases de equivalencia, o canónica / normal representantes ("representantes") de los mismos. Por ejemplo, sería muy engorroso para el estado de las leyes de la fracción aritmética si uno requiere de todas las fracciones normal (reducida) de forma, es decir, en términos mínimos. En cambio, resulta más conveniente tener la flexibilidad para trabajar con diferentes fracciones equivalentes. Por ejemplo, esto permite afirmar que la fracción de la adición de la regla en una forma muy simple por primera elección conveniente representantes de tener un denominador común.

De forma análoga, en la aritmética modular el resto $\,a\ {\rm mod}\ m\,$ puede no ser la más conveniente elección de representante de la clase de equivalencia $\,[a]_m =\, a + m\,\Bbb Z.\,$ Por ejemplo, la fórmula para echar fuera onces de exploits $\ {\rm mod}\ 11\!:\ 10\equiv -1\,\Rightarrow\,10^n\equiv (-1)^n\equiv \pm1 .\,$, lo que implica la elección de un representante de menos magnitud $\,\color{#c00}{\bf -1}\,$ vs $\,\color{#0a0}{10}\in [10]_{11}\! = \{\ldots,\, -23,-12,\color{#c00}{\bf -1},\color{#0a0}{10},21,\,\ldots\}.\,$ por lo tanto, análoga a la fracción, además, se optó por una rep $\,-1\,$ cuyos poderes son más fáciles de calcular. El uso de menos magnitud repeticiones a menudo simplifica otros cálculos demasiado, por ejemplo, el algoritmo de Euclides.

Así, el uso de la congruencia de las clases (vs canónica reps) proporciona una flexibilidad mucho mayor, que a menudo arroja grandes simplificaciones.

2voto

runeh Puntos 1304

Creo que no hay grandes distinciones que hacer aquí. $\equiv$ tiende a ser utilizado cuando hincapié en el subyacente de clases de equivalencia. Por supuesto, las operaciones pueden ser definidos en clases de equivalencia siempre no importa que los miembros de la clase que usted tome como un representante. La equivalencia signo tiende a ser utilizado hasta que esto no se establecen de forma segura.

$\equiv$ también se utiliza en la aritmética modular para el estado de que el resultado de un cálculo cae dentro de una cierta clase de equivalencia, sin que ello implique que cada miembro de la clase que está involucrado. Un ejemplo sería el Teorema del Resto Chino. La misma idea puede ser expresada mediante $\in$ y la notación asociada con conjuntos. $\equiv$ tiende a ser más conveniente.

Como un ejemplo, la costumbre algebraica de la forma de definir los racionales como el campo de fracciones de los números enteros se define a los números racionales como clases de equivalencia, pero nadie en la escuela elemental de trabajo usaría otra cosa que $=$ para las operaciones aritméticas.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X