Tilbake
4.3

4.3 Drill: Legendre-symbol og resiprositet

Hele Legendre-repertoaret drillet til automatikk: reduser (a/p) via multiplikativitet, supplementsregler og resiprositetsloven til et sikkert svar «to løsninger» eller «ingen løsning» — regnereglene som må sitte utenat under kode D.

75 min
13 oppgaver
DrillLegendre-symbolresiprositet
Din fremgang i kapitlet
0 / 13 oppgaver

Forkunnskaper

Hele Del 4: kap. 4.1 (definisjonen, multiplikativitet, periodisitet, Eulers kriterium) og kap. 4.2 (resiprositetsloven, supplementsreglene, reduksjonsalgoritmen). Du bør også ha faktorisering fra kap. 1.1 og kvadrer-og-multipliser fra kap. 2.1 i fingrene.

Sist du var her. De tre resultatene du skal bruke i hver eneste oppgave under, ferdig oppfrisket:

Resiprositetsloven, praktisk form. For ulike odde primtall:
(pq)={(qp)pq3(mod4),  (qp)ellers.\left(\frac pq\right)=\begin{cases}-\left(\frac qp\right) & p\equiv q\equiv 3\pmod 4,\\ \ \ \,\left(\frac qp\right) & \text{ellers.}\end{cases}

Supplementsreglene.
(1p)=1    p1(mod4),(2p)=1    p±1(mod8).\left(\frac{-1}{p}\right)=1\iff p\equiv 1\pmod 4,\qquad \left(\frac{2}{p}\right)=1\iff p\equiv\pm 1\pmod 8.

Eulers kriterium.
(ap)ap12(modp),\left(\frac ap\right)\equiv a^{\frac{p-1}{2}}\pmod p,
som du her mest bruker som uavhengig kontroll av en kjede.

Fra videregående kreves ingenting.

Løsningsoppskriften

~10 minutter. Les den, og bruk den som referanse mens du regner oppgavene — men legg den bort før du tar de siste fem.

Alle oppgavene i sjanger F går gjennom samme fem steg. Forskjellen mellom variantene ligger bare i steg 4: hvilken regel som gjelder for hvilken faktor.

Oppskrift: Legendre-symbol i fem steg

For (ap)\displaystyle \left(\frac ap\right) med pp et odde primtall:

1. Margnotat. Skriv pmod4p\bmod 4 og pmod8p\bmod 8. Du trenger begge, til hver sin regel.
2. Reduser telleren modulo pp. Er den negativ, legg til pp — eller behold 1-1 som egen faktor. Er pap\mid a, er svaret 00 og du er ferdig.
3. Faktoriser telleren, splitt symbolet (multiplikativitet), og stryk alle faktorer med partall eksponent.
4. Behandle hver gjenstående faktor:
- 1-1 → supplementsregel 1, se pmod4p\bmod 4;
- 22 → supplementsregel 2 (8-regelen), se pmod8p\bmod 8;
- odde primtall qqsnu med resiprositetsloven (fortegnsbytte bare hvis qp3(mod4)q\equiv p\equiv 3\pmod 4), og gå til steg 2 med det nye symbolet.
5. Tell minustegnene — partall gir +1+1, oddetall gir 1-1 — og konkludér i ord: to løsninger eller ingen.

Oppskriften må sitte utenat. Steg 1 og steg 5 er de som glemmes: margnotatet fordi det virker overflødig (til du mister et fortegn), og konklusjonssetningen fordi symbolverdien føles som svaret. Begge er egne føringspoeng — instruksen på hvert eksamenssett er at alle svar skal begrunnes.

Tidsbudsjett: 6–8 minutter for en normal F-oppgave, av de ~24 minuttene et delpunkt har. Bruker du femten, er det nesten alltid fordi steg 2 ble hoppet over etter en snuing.

Oppskrift: Eulers kriterium som metode eller kontroll

Noen ganger er kriteriet raskeste vei, og alltid er det den beste kontrollen.

1. Reduser telleren modulo pp.
2. Eksponenten er m=p12\displaystyle m=\frac{p-1}{2}. Skriv mm i binærform.
3. Suksessive kvadrater a1,a2,a4,a8,a^1,a^2,a^4,a^8,\dots modulo pp, med reduksjon etter hver kvadrering.
4. Gang sammen de potensene som svarer til ett-erne i binærutviklingen, med reduksjon mellom hver multiplikasjon.
5. Les av: 11 gir symbolet +1+1, p1p-1 gir 1-1. Noe annet er regnefeil.

Når kriteriet er raskest: når p30p\le 30 eller så, når en tidlig potens lander på 1-1 (da er resten gratis), og når mm er en toerpotens (da er det bare kvadreringer).

Når det ikke er raskest: for tresifrede primtall. Med p=137p=137 er m=68m=68, og det er sju kvadreringer med tall opp mot 2000020\,000 før reduksjon. Da bruker du reduksjonsalgoritmen — og kriteriet på én liten faktor som kontroll.

Merk at de to veiene er likeverdige og begge fullgode. Fasitpraksisen i arkivet honorerer dem likt. Si i besvarelsen hvilken du bruker, og bruk gjerne den andre til å kontrollere.

De fire kontrollpunktene

Under kode D er selvkontroll den eneste kontrollen du har — det finnes ingen fasit i rommet og ingenting å slå opp i. Disse fire tar til sammen under ett minutt.

1. Etter margnotatet: stemmer restene? Regn p4kp-4k og p8kp-8k på papiret, ikke i hodet. Er 8383 kongruent med 33 eller 55 modulo 88? (33, siden 83=80+383=80+3.)

2. Etter hver snuing: ble telleren redusert? Er den nye telleren større enn den nye nevneren, har du glemt steg 2, og kjeden vil ikke ta slutt.

3. Før du ganger sammen: endte hvert delsymbol i ±1\pm 1? Alt annet er regnefeil, ikke et nytt svar.

4. Til slutt: er antall minustegn talt riktig — både supplementsverdiene og fortegnsbyttene? Og står konklusjonen som en setning med antall løsninger?

Legg til to gratis kontroller:

- Kjedelengden: tresifrede primtall gir 3–5 snuoperasjoner. Blir kjeden på ti, er noe galt.
- Uavhengig vei: splitt telleren annerledes, eller regn ett lite symbol med Eulers kriterium. To veier til samme svar er det nærmeste en fasit du kommer på eksamensdagen.

Gjennomregnet eksamenscase

~15 minutter.

Her er en typisk F-oppgave med tre delpunkt, nøyaktig i den formen arkivet bruker. Underveis står margnotater som sier hva hvert steg gir uttelling for. De er destillert fra hvordan løsningsforslagene i arkivet fører sjangeren, og fra oppgaveinstruksen om at alle svar skal begrunnes.

— naturlig pausepunkt —

✏️Eksamenscase: to symboler og en telling
a) Regn ut (3053)\displaystyle \left(\frac{30}{53}\right).
b) Avgjør om x242(mod61)x^2\equiv 42\pmod{61} har løsning, og oppgi antall løsninger.
c) Hvor mange av tallene 1,2,,601,2,\dots,60 er kvadratiske rester modulo 6161, og hva er a=160(a61)\displaystyle \sum_{a=1}^{60}\left(\frac{a}{61}\right)?

Del a)

Steg 1: margnotat. 53=134+153=13\cdot 4+1, så 531(mod4)53\equiv 1\pmod 4. Og 53=68+553=6\cdot 8+5, så 535(mod8)53\equiv 5\pmod 8.

Steg 2: telleren 30<5330<53, ingenting å redusere.

Steg 3: faktoriser og splitt (multiplikativitet). 30=23530=2\cdot 3\cdot 5:
(3053)=(253)(353)(553).\left(\frac{30}{53}\right)=\left(\frac{2}{53}\right)\left(\frac{3}{53}\right)\left(\frac{5}{53}\right).

Steg 4, faktor 1 — 8-regelen. 535(mod8)53\equiv 5\pmod 8, som er en av de to indre restene:
(253)=1.\left(\frac{2}{53}\right)=-1.

Steg 4, faktor 2. 33(mod4)3\equiv 3\pmod 4, men 531(mod4)53\equiv 1\pmod 4, så ingen fortegnsfaktor (resiprositet):
(353)=(533)=(23)=1,\left(\frac{3}{53}\right)=\left(\frac{53}{3}\right)=\left(\frac{2}{3}\right)=-1,
der vi reduserte 532(mod3)53\equiv 2\pmod 3 (periodisitet) og brukte 8-regelen(23)\displaystyle \left(\frac 23\right), siden 33(mod8)3\equiv 3\pmod 8.

Steg 4, faktor 3. 51(mod4)5\equiv 1\pmod 4, ingen fortegnsfaktor (resiprositet):
(553)=(535)=(35),\left(\frac{5}{53}\right)=\left(\frac{53}{5}\right)=\left(\frac{3}{5}\right),
etter reduksjonen 533(mod5)53\equiv 3\pmod 5. Snu igjen: 333\equiv 3, men 51(mod4)5\equiv 1\pmod 4, så ingen fortegnsfaktor:
(35)=(53)=(23)=1.\left(\frac{3}{5}\right)=\left(\frac{5}{3}\right)=\left(\frac{2}{3}\right)=-1.

Steg 5: tell minustegnene. Tre minustegn — oddetall:
(3053)=(1)(1)(1)=1.\left(\frac{30}{53}\right)=(-1)(-1)(-1)=-1.

a) Sluttsvar: (3053)=1\displaystyle \left(\frac{30}{53}\right)=-1, så 3030 er en kvadratisk ikke-rest modulo 5353 og x230(mod53)x^2\equiv 30\pmod{53} har ingen løsning.

Sensorblikk på del a). Fire ting gir uttelling, og de gir det hver for seg. (1) Faktoriseringen og splittingen er skrevet ut — et symbol med sammensatt teller kan ikke snus, og at du vet det, vises her. (2) Hvert steg har et regelnavn. I denne sjangeren er regelnavnet begrunnelsen, og instruksen på hvert sett er at alle svar skal begrunnes. (3) Fortegnstellingen står eksplisitt: «tre minustegn, altså oddetall». Med tre faktorer er det lett å miste ett. (4) Konklusjonen er en setning om løsbarhet, ikke bare et symbol.

Merk også hva som ikke kreves: løsningene. Oppgaven spurte om symbolet.

Del b)

Steg 1: margnotat. 61=154+161=15\cdot 4+1, så 611(mod4)61\equiv 1\pmod 4. Og 61=78+561=7\cdot 8+5, så 615(mod8)61\equiv 5\pmod 8.

Steg 3: faktoriser og splitt. 42=23742=2\cdot 3\cdot 7:
(4261)=(261)(361)(761).\left(\frac{42}{61}\right)=\left(\frac{2}{61}\right)\left(\frac{3}{61}\right)\left(\frac{7}{61}\right).

Faktor 1 — 8-regelen. 615(mod8)61\equiv 5\pmod 8, altså (261)=1\displaystyle \left(\frac{2}{61}\right)=-1.

Faktor 2. 611(mod4)61\equiv 1\pmod 4, ingen fortegnsfaktor (resiprositet):
(361)=(613)=(13)=1,\left(\frac{3}{61}\right)=\left(\frac{61}{3}\right)=\left(\frac 13\right)=1,
etter reduksjonen 611(mod3)61\equiv 1\pmod 3.

Faktor 3. 611(mod4)61\equiv 1\pmod 4, ingen fortegnsfaktor (resiprositet):
(761)=(617)=(57),\left(\frac{7}{61}\right)=\left(\frac{61}{7}\right)=\left(\frac{5}{7}\right),
etter reduksjonen 615(mod7)61\equiv 5\pmod 7. Snu igjen: 51(mod4)5\equiv 1\pmod 4, ingen fortegnsfaktor:
(57)=(75)=(25)=1\left(\frac{5}{7}\right)=\left(\frac{7}{5}\right)=\left(\frac{2}{5}\right)=-1
ved 8-regelen, siden 55(mod8)5\equiv 5\pmod 8 (og 72(mod5)7\equiv 2\pmod 5).

Steg 5: tell. To minustegn — partall:
(4261)=(1)1(1)=1.\left(\frac{42}{61}\right)=(-1)\cdot 1\cdot(-1)=1.

b) Sluttsvar: (4261)=1\displaystyle \left(\frac{42}{61}\right)=1, så 4242 er en kvadratisk rest modulo 6161, og kongruensen x242(mod61)x^2\equiv 42\pmod{61} har nøyaktig to løsninger modulo 6161.

Kontroll: løsningene er x15x\equiv 15 og x46x\equiv 46, siden 152=225=361+424215^2=225=3\cdot 61+42\equiv 42 ✓ og 46=611546=61-15 ✓.

Sensorblikk på del b). Her er det konklusjonen som er delpunktet. «(4261)=1\displaystyle \left(\frac{42}{61}\right)=1» er et mellomsvar; spørsmålet var om kongruensen har løsning og hvor mange. Skriv «nøyaktig to løsninger modulo 6161» — tallet to er det oppgaven ber om, og det er den setningen som lukker delpunktet.

Merk også at kontrollen med 15215^2 er tatt med for din del. Den er billig når tallet er lite, men den er ikke en del av besvarelsen — og på et tresifret primtall ville det tatt for lang tid å finne røttene.

Del c)

Antallet. Etter halvparten-regelen er nøyaktig p12\displaystyle \frac{p-1}{2} av restene 1,,p11,\dots,p-1 kvadratiske rester. Her er
6112=30.\frac{61-1}{2}=30.
Altså er 3030 av tallene 1,,601,\dots,60 kvadratiske rester modulo 6161 (og de resterende 3030 er ikke-rester).

Begrunnelsen, skrevet ut: kvadreringen xx2x\mapsto x^2 er to-til-en på de 6060 ikke-null restene, fordi xx og 61x61-x har samme kvadrat, og fordi x2y2x^2\equiv y^2 gir 61(xy)(x+y)61\mid(x-y)(x+y), altså y±xy\equiv\pm x ved Euklids lemma. Et bilde av 6060 elementer under en to-til-en-avbildning har 3030 elementer.

Summen. Summen har 3030 ledd med verdi +1+1 og 3030 ledd med verdi 1-1, altså
a=160(a61)=301+30(1)=0.\sum_{a=1}^{60}\left(\frac{a}{61}\right)=30\cdot 1+30\cdot(-1)=0.

c) Sluttsvar: 3030 kvadratiske rester, og summen er 00.

Sensorblikk på del c). Dette delpunktet krever ingen regning — bare halvparten-regelen og en begrunnelse. Men begrunnelsen er hele uttellingen: «3030» alene er et sluttall uten metode. Skriv de to linjene om at kvadreringen er to-til-en. Det er en av de billigste poengene på hele settet, og det er ren gjengivelse fra utenat-listen.

Tidsbruk for hele oppgaven: del a) ~6 min, del b) ~6 min, del c) ~3 min. Til sammen godt innenfor de ~24 minuttene et delpunkt har — og det er slik en drillet F-oppgave skal føles.


Oppgavene

~40 minutter til sammen. Tretten oppgaver, gruppert etter variant.

Regn dem med penn og lukket bok. Det er den eneste treningsformen som ligner eksamen, og forskjellen mellom å ha lest oppskriften og å kunne den viser seg bare her.

Slik er de gruppert:

- Oppgave 1–2: supplementsreglene alene (oppvarming)
- Oppgave 3–7: løsbarhet med resiprositetsloven
- Oppgave 8–9: sammensatt teller med tre eller flere faktorer
- Oppgave 10–11: Eulers kriterium som metode
- Oppgave 12: «summér symbolene» og telling
- Oppgave 13: kjedet oppgave i eksamensform

Del dem gjerne over to økter. Oppgave 1–7 er én naturlig økt (~20 min), oppgave 8–13 en annen (~20 min).

— naturlig pausepunkt —

📝Oppgave 1

Regn ut symbolene under med supplementsreglene alene.

a) (1113)\displaystyle \left(\frac{-1}{113}\right) og (1127)\displaystyle \left(\frac{-1}{127}\right)
b) (2101)\displaystyle \left(\frac{2}{101}\right) og (2107)\displaystyle \left(\frac{2}{107}\right)

📝Oppgave 2

Avgjør om x226(mod79)x^2\equiv 26\pmod{79} har løsning.

📝Oppgave 3

Avgjør om x221(mod59)x^2\equiv 21\pmod{59} har løsning, og oppgi antall løsninger.

📝Oppgave 4

Avgjør om x255(mod97)x^2\equiv 55\pmod{97} har løsning.

📝Oppgave 5

Avgjør om x210(mod89)x^2\equiv 10\pmod{89} har løsning, og oppgi løsningene.

📝Oppgave 6

Avgjør om x270(mod107)x^2\equiv 70\pmod{107} har løsning.

📝Oppgave 7

Avgjør om x246(mod61)x^2\equiv 46\pmod{61} har løsning.

📝Oppgave 8

Avgjør om x2105(mod137)x^2\equiv 105\pmod{137} har løsning, og oppgi antall løsninger.

📝Oppgave 9

Avgjør om x251(mod113)x^2\equiv 51\pmod{113} har løsning.

📝Oppgave 10

Avgjør om x27(mod19)x^2\equiv 7\pmod{19} har løsning, først med Eulers kriterium og deretter med resiprositetsloven. Oppgi løsningene.

📝Oppgave 11

Bruk Eulers kriterium til å avgjøre om 1313 er en kvadratisk rest modulo 2323, og oppgi løsningene av x213(mod23)x^2\equiv 13\pmod{23} hvis de finnes.

📝Oppgave 12

La p=17p=17.
a) Hvor mange av tallene 1,2,,161,2,\dots,16 er kvadratiske rester modulo 1717? Begrunn uten å lage tabellen.
b) Hva er a=116(a17)\displaystyle \sum_{a=1}^{16}\left(\frac{a}{17}\right)? Begrunn.
c) Kontrollér a) ved å lage tabellen over kvadratiske rester.

📝Oppgave 13
a) Regn ut (3371)\displaystyle \left(\frac{33}{71}\right) med reduksjonsalgoritmen, ført med regelnavn.
b) Hvor mange løsninger har x233(mod71)x^2\equiv 33\pmod{71}?
c) Kontrollér én av delfaktorene fra a) med Eulers kriterium.

Prosedyrekort

Dette er flashcard-stoff — hopp trygt over ved førstegangslesing; tidsanslaget på 75 minutter gjelder oppskriften, casen og oppgavene.

Drillkapitlene har ingen begrepsbank i vanlig forstand. I stedet er kortene her oppskriftskort: hvert av dem er en prosedyre du skal kunne kjøre, ikke et faktum du skal kunne si.

Og det er slik de skal pugges: ikke ved å lese kortet, men ved å kjøre prosedyren på nye tall. Velg selv en teller på to siffer og et primtall mellom 5050 og 150150, og regn. Et kort du har lest fem ganger, hjelper deg ikke 24. november. En prosedyre du har kjørt fem ganger, gjør det.

Kort: Legendre-symbol i fem steg
1. Margnotat: skriv pmod4p\bmod 4 og pmod8p\bmod 8.

2. Reduser telleren modulo pp. Negativ teller: legg til pp, eller behold 1-1 som faktor. Er pap\mid a: svaret er 00.

3. Faktoriser, splitt, stryk kvadrater.

4. Behandle hver faktor: 1-1pmod4p\bmod 4; 22pmod8p\bmod 8; odde primtall → snu (fortegnsbytte bare hvis begge er 3(mod4)\equiv 3\pmod 4), og tilbake til steg 2.

5. Tell minustegnene (partall +1\to +1, oddetall 1\to -1) og konkludér i ord.

Kontroll: endte hvert delsymbol i ±1\pm 1? Er kjeden under seks steg? Ble telleren redusert etter hver snuing?

Kjør den nå, på (4261)\displaystyle \left(\frac{42}{61}\right) og (3371)\displaystyle \left(\frac{33}{71}\right), uten å se på oppskriften. Det er dette kortet betyr — ikke å ha lest det, men å kunne kjøre det.

Kort: fortegnsbokføringen
Regelen: fortegnsbytte i resiprositeten nøyaktig når begge primtallene er 3(mod4)\equiv 3\pmod 4.

Bokføringen: skriv hvert minustegn som en egen linje i kjeden, og tell dem samlet til slutt. Partall antall gir +1+1, oddetall gir 1-1.

Kildene til minustegn, alle tre:

1. fortegnsbytter fra resiprositeten,
2. (1p)=1\displaystyle \left(\frac{-1}{p}\right)=-1 når p3(mod4)p\equiv 3\pmod 4,
3. (2p)=1\displaystyle \left(\frac{2}{p}\right)=-1 når p±3(mod8)p\equiv\pm 3\pmod 8.

Hvorfor telling slår multiplikasjon underveis: du kan gå tilbake og etterprøve tellingen uten å regne kjeden om. Ganger du fortegnene inn linje for linje, må du gjøre hele reduksjonen på nytt for å finne feilen.

Selvtest: i oppgave 13 var det to fortegnsbytter og én (23)=1\displaystyle \left(\frac 23\right)=-1. Hvor mange minustegn i alt, og hva ble svaret? (Tre — men det ene fortegnsbyttet kansellerte (23)\displaystyle \left(\frac 23\right)-verdien innenfor samme faktor, så nettoresultatet ble ett minustegn og svaret 1-1.)

Kort: hvor kjeden stopper

De symbolene du leser av direkte, uten videre regning. Kjenn dem igjen — de sparer to snuoperasjoner hver.

- (1q)=1\displaystyle \left(\frac 1q\right)=1 — alltid.
- (a2q)=1\displaystyle \left(\frac{a^2}{q}\right)=1 — kvadrattall i telleren (44, 99, 1616, 2525, 3636, 4949).
- (q1q)=(1q)\displaystyle \left(\frac{q-1}{q}\right)=\left(\frac{-1}{q}\right) — bruk qmod4q\bmod 4.
- (a3)\displaystyle \left(\frac a3\right): 11 hvis a1(mod3)a\equiv 1\pmod 3, ellers 1-1. (Restene modulo 33 er {1}\{1\}.)
- (a5)\displaystyle \left(\frac a5\right): 11 hvis a±1(mod5)a\equiv\pm 1\pmod 5, ellers 1-1. (Restene modulo 55 er {1,4}\{1,4\}.)
- (23)=1\displaystyle \left(\frac 23\right)=-1, (25)=1\displaystyle \left(\frac 25\right)=-1, (27)=1\displaystyle \left(\frac 27\right)=1, (211)=1\displaystyle \left(\frac 2{11}\right)=-1, (213)=1\displaystyle \left(\frac 2{13}\right)=-1 — de fem 8-regel-verdiene som dukker opp i nesten hver kjede.

De to mengdene {1}\{1\} og {1,4}\{1,4\} er verdt å ha kaldt, for kjeden ender svært ofte med nevner 33 eller 55.

Utledes på stedet hvis du nøler: kvadrer restene. Modulo 33: 12=11^2=1, 2212^2\equiv 1. Modulo 55: 12=11^2=1, 22=42^2=4. Fem sekunder.

Kort: Eulers kriterium for hånd
1. Reduser telleren modulo pp.
2. m=p12\displaystyle m=\frac{p-1}{2}, skrevet i binærform.
3. Suksessive kvadrater a1,a2,a4,a8,a^1,a^2,a^4,a^8,\dots, med reduksjon etter hver kvadrering.
4. Gang sammen potensene som svarer til ett-erne i mm, med reduksjon mellom hver multiplikasjon.
5. Les av: 11 gir +1+1, p1p-1 gir 1-1. Noe annet er regnefeil.

To snarveier som halverer arbeidet:

- lander en potens på 1-1, er alle høyere partallsmultipler gratis;
- er mm en toerpotens (som for p=17p=17, m=8m=8), er hele regningen bare kvadreringer.

Når kriteriet er metoden: små pp (opp til rundt 3030).
Når det er kontrollen: alltid, på én liten faktor av gangen.
Når det ikke er noe av dem: tresifrede primtall, der mm er over 5050.

Kjør det nå, på (519)\displaystyle \left(\frac{5}{19}\right), uten å se. (m=9m=9, 52=65^2=6, 54=36175^4=36\equiv 17, 58172=28945^8\equiv 17^2=289\equiv 4, 592015^9\equiv 20\equiv 1, altså +1+1 — og faktisk 92=815(mod19)9^2=81\equiv 5\pmod{19}.)

Kort: margnotatet
Første handling i hver F-oppgave: skriv pmod4p\bmod 4 og pmod8p\bmod 8 i margen.

Hva du bruker dem til:

RestBrukes til
pmod4p\bmod 4fortegnsfaktoren i resiprositeten, og (1p)\displaystyle \left(\frac{-1}{p}\right)
pmod8p\bmod 8(2p)\displaystyle \left(\frac 2p\right) (8-regelen)

Regn dem på papiret: trekk fra nærmeste multiplum og skriv mellomregningen. 107=104+3107=104+3, altså 33 modulo 88. Gjør du det i hodet under tidspress, er det en reell feilkilde.
Og gjenta notatet for hvert nytt primtall i kjeden. Snur du til (511)\displaystyle \left(\frac{5}{11}\right), er det nå 1111 som er nevneren, og 11mod411\bmod 4 og 11mod811\bmod 8 som gjelder. Dette er det stedet fortegnsfeil oftest oppstår: man husker det opprinnelige primtallets rester og bruker dem videre.
Den ene observasjonen som kan spare deg hele fortegnsarbeidet: er p1(mod4)p\equiv 1\pmod 4, kan ingen snuing med pp som nevner gi fortegnsbytte. Se oppgave 4 og 8.
Kort: tidsbudsjettet for sjanger F

Eksamen er 4 timer på rundt ti likt vektede delpunkt, altså ~24 minutter per delpunkt. En F-oppgave skal ligge godt under det.

ArbeidTid
Margnotat + faktorisering~1 min
Kjeden, 3–5 snuoperasjoner med reduksjon~4 min
Fortegnstelling + konklusjonssetning~1 min
Kontroll (tell fortegn, evt. annen splitting)~2 min

Til sammen 6–8 minutter. Bruker du femten, er årsaken nesten alltid én av tre: manglende reduksjon mellom stegene, Eulers kriterium på et for stort primtall, eller leting etter løsninger som ikke ble etterspurt.
Hva du IKKE skal bruke tid på: å finne røttene når oppgaven bare spør om løsbarhet, og å gjenskape beviset for resiprositetsloven.
Konsekvensen for repetisjonsplanen din: dette er et delpunkt du kan gjøre nesten gratis hvis apparatet sitter — og som du taper helt hvis det ikke gjør det. Det finnes ingen halv vei gjennom en reduksjonskjede.

Kort: tellings- og summeringsoppgaven
Varianten som ikke krever regning i det hele tatt.

Antall kvadratiske rester blant 1,,p11,\dots,p-1 er p12\displaystyle \frac{p-1}{2}.

Summen av alle symbolene er
a=1p1(ap)=0.\sum_{a=1}^{p-1}\left(\frac ap\right)=0.

Begrunnelsen — og den er hele uttellingen, skriv den ut: kvadreringen xx2x\mapsto x^2 er to-til-en på de p1p-1 ikke-null restene, siden xx og pxp-x har samme kvadrat og siden x2y2x^2\equiv y^2 gir y±xy\equiv\pm x ved Euklids lemma. Da er antall bilder p12\displaystyle \frac{p-1}{2}, og summen har like mange +1+1 som 1-1.

Varianter du bør kjenne igjen:

- Tar du med a=0a=0: ingen endring, siden (0p)=0\displaystyle \left(\frac 0p\right)=0.
- Antall ikke-rester er også p12\displaystyle \frac{p-1}{2}.
- Antall løsninger av x2ax^2\equiv a summert over alle a=0,,p1a=0,\dots,p-1 er pp — hver xx bidrar til nøyaktig én aa.

Utledes på stedet, alt sammen. Ingenting her er puggematerialet utover halvparten-regelen selv.

Kort: to veier, begge fullgode

Kjernesjangeren F har to likeverdige metoder, og fasitpraksisen i arkivet honorerer dem likt.

ReduksjonsalgoritmenEulers kriterium
Arbeid for p100p\approx 1003–5 snuoperasjoner6–7 kvadreringer med tresifrede tall
Arbeid for p20p\approx 202–3 snuoperasjoner3–4 kvadreringer med små tall
Krever utenatloven + to supplementsreglereksponenten p12\displaystyle \frac{p-1}{2}
Feilkildeglemt fortegnsfaktorregnefeil i en kvadrering

Si hvilken du bruker, og aldri at den andre er feil. Begge gir full uttelling.
Den praktiske anbefalingen: reduksjonsalgoritmen som metode, kriteriet som kontroll på én liten faktor. Det er den kombinasjonen som både er rask og etterprøvbar.
Og for små pp: gjør begge. Det koster to minutter, og under kode D er to uavhengige veier til samme svar det nærmeste en fasit du kommer på eksamensdagen.

Kort: selvdiagnose for Del 4

Sitter Del 4? Dekk til boka, sett fem minutter, og svar:

- ☐ Hva er de fem stegene i reduksjonsalgoritmen?
- ☐ Når gir resiprositetsloven fortegnsbytte?
- ☐ Hvilken modulus hører til (1p)\displaystyle \left(\frac{-1}{p}\right), og hvilken til (2p)\displaystyle \left(\frac 2p\right)?
- ☐ Hvilke rester modulo 88 gir (2p)=1\displaystyle \left(\frac 2p\right)=1?
- ☐ Hva er eksponenten i Eulers kriterium?
- ☐ Hva betyr symbolverdiene 11, 1-1 og 00 for antall løsninger?
- ☐ Hvor mange kvadratiske rester finnes modulo pp, og hva er summen av symbolene?
- ☐ Hvorfor kan du ikke snu et sammensatt tall?

Åtte spørsmål. Det er hele Del 4.

Står mer enn to åpne: gå tilbake til kap. 4.2 og les løkke 1–3 på nytt før du tar prøvene i kap. 4.P.

Står alle åpne bortsett fra ett eller to: hopp rett til prøvene. Du lærer mer av å regne dem under tidspress enn av å lese kapitlet en tredje gang.

Symbol- og formelliste

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.

Skolesaga er en uavhengig læringsressurs og er ikke tilknyttet eller godkjent av Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. Dette er ikke offisielt studiemateriell. Les mer.