Математика криптографии и теория шифрования

Сравнения и матрицы

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

3.1. Матрицы

В криптографии мы должны обрабатывать матрицы. Хотя эта тема принадлежит специальному разделу алгебры, который называется линейной алгеброй, необходим краткий обзор матриц для подготовки к изучению криптографии. Читатели, знакомые с этими вопросами, могут пропустить часть или весь этот раздел. Раздел начинается с некоторых определений и примеров использования матрицы в модульной арифметике.

Определения

Матрицапрямоугольный массив, содержащий l x m элементов, в которых l — число строк, m — число столбцов. Матрица обычно обозначается заглавной буквой, такой, как A. Элемент aij расположен в i -той строке и j -том столбце. Хотя элементы матрицы могут быть любым множеством чисел, мы обсуждаем только матрицы с элементами в Z. Пример матрицы с m столбцами и l строками $$\begin{pmatrix} a_{11} a_{12} ... a_{1m}\\ a_{21} a_{22} ... a_{2m}\\ ... \\ a_{l1} a_{l2} ... a_{lm}\\ \end{pmatrix}$$

Если матрица имеет только одну строку ( l = 1 ), она называется матрицей-строкой ; если она имеет только один столбец ( m = 1 ), то называется матрицей-столбцом. Матрица называется квадратной, если число строк равно числу столбцов ( l = m ) и содержит элементы a11, a22, ……, amm. Матрица обозначается 0, если все строки и все столбцы содержат нули. Единичная матрица обозначается I, если она квадратная и содержит все единицы на главной диагонали и все нули на других местах. Рисунок 3.2 показывает некоторые примеры матриц с элементами из Z.

(рис 3.2) Примеры матриц

Операции и уравнения

В линейной алгебре для матриц определены одно уравнение (равенство) и четыре операции (сложение, вычитание, умножение и скалярное умножение).

Равенство

Две матрицы равны, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и соответствующие элементы равны. Другими словами, A = B, если мы имеем aij = bij для всех i и j.

Сложение и вычитание

Операция сложения двух матриц может применяться, если матрицы имеют одинаковое число столбцов и строк. Сложение записывают как C =A + B. В этом случае полученная в результате матрица C имеет тот же самый номер строк и столбцов, как A или B. Каждый элемент C — сумма двух соответствующих элементов A и B: aij + bij.

Операция вычитания производится аналогично сложению, за исключением того, что каждый элемент B вычитается из соответствующего элемента A: dij= aij – bij.

Пример 3.1

Ниже показан пример сложения и вычитания.

$$\begin{pmatrix} 12 4 4\\ 11 12 30\\ \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 2 1\\ 3 2 10\\ \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 7 2 3\\ 8 10 20\\ \end{pmatrix}\\ C=A+B\\ \begin{pmatrix} -2 0 -2\\ -5 -8 -10\\ \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 2 1\\ 3 2 10\\ \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 7 2 3\\ 8 10 20\\ \end{pmatrix}\\ C=A-B$$

Умножение

Две матрицы различного размера могут быть перемножены, если число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы. Если A — матрица размера l x m, а матрица B размера m x p, то произведением будет матрица C размером l x p. Если элемент матрицы A обозначить aij, а каждый элемент матрицы B обозначить bjk, то элемент матрицы Ccik — вычисляется следующим образом:

$$c_{ik} = \Sigma a_{ij} x b_{jk} = a_{i1} \multiply b_{1j} + a_{i2} x b_{2j} + … + a_{im} x b_{mj}$$

Пример 3.2

Рисунок 3.3 показывает произведение матрицы-строки ( $$1 \times 3$$ ) на матрицу-столбец ( $$3 \times 1$$ ). В результате получаем матрицу размером $$1 \times 1$$.

(рис 3.3) Умножение матрицы-строки на матрицу-столбец

Пример 3.3

Рисунок 3.4 показывает произведение матрицы $$2 \times 3$$ на матрицу $$3 \times 4$$. В результате получаем матрицу $$2 \times 4$$

(рис 3.4) Умножение матрицы 2 x 3 на матрицу 3 x 4.

Скалярное умножение

Мы можем также умножить матрицу на число (называемое скаляр ). Если A — матрица $$l \times m$$ и x — скаляр, то C = xA — матрица $$l \times m$$, в которой $${c_{ij}} = x \times {a_{ij}}$$.

(рис 3.5) Скалярное умножение

Пример 3.4

Рисунок 3.5 показывает пример скалярного умножения.

Детерминант

Детерминант — квадратная матрица A размера $$m \times m$$, обозначаемая как det (A) — скалярное вычисление рекурсивно, как это показано ниже:

  • $$If\ m = 1,{\text{ }}\det (A) = {a_{11}}$$
  • $$If\ m > 1,{\text{ }}\det (A) = \sum\limits_{i = 1 \ldots m}^{} {{{( - 1)}^{i + j}} \times {a_{ij}}} \times \det ({A_{ij}})$$
  • где Aij получается из A удалением i -той строки j -того столбца.
    Детерминант определяется только для квадратной матрицы.

    Пример 3.5

    Рисунок 3.6 показывает, как можно вычислить детерминант матрицы $$2 \times 2$$, базируясь на детерминанте матрицы $$1 \times 1$$ и используя приведенное выше рекурсивное определение. Пример доказывает, что когда m 1 или 2, это позволяет найти детерминант матрицы достаточно просто.

    (рис 3.6) Вычисление детерминанта матрицы 2 x 2

    Пример 3.6

    Рисунок 3.7 показывает вычисление детерминанта матрицы $$3 \times 3$$.

    (рис 3.7) Вычисление детераминаната матрицы 3 x 3

    Инверсии

    Матрицы имеют аддитивные и мультипликативные инверсии.

    Аддитивная инверсия

    Аддитивная инверсия матрицы — это другая матрица B, такая, что A + B = 0. Другими словами, мы имеем элементы bij = –aij для всех значений i и j. Обычно аддитивная инверсия A обозначается как (-A).

    Мультипликативная инверсия

    Мультипликативная инверсия определена только для квадратных матриц. Мультипликативная инверсия квадратной матрицы A — квадратная матрица B, такая, что $$A \times B = B \times A = I$$. Обычно мультипликативная инверсия обозначается как A-1. Мультипликативная инверсия существует только, если det (A) имеет мультипликативную инверсию в соответствующем инверсном множестве. Если целое число не имеет мультипликативной инверсии в Z, то не существует мультипликативной инверсии матрицы в Z. Однако матрицы с реальными элементами имеют инверсии, только если $$\det \left( A \right) \ne 0$$.

    Мультипликативные инверсии определены только для квадратных матриц.

    Матрицы вычетов

    Криптография использует матрицы вычетов: матрицы могут содержать все элементы из Zn. Все операции на матрицах вычетов выполняются так же, как и на матрицах целых чисел, за исключением того, что операции производятся в модульной арифметике. Есть одно интересное свойство: матрица вычетов имеет мультипликативную инверсию, если детерминант матрицы имеет мультипликативную инверсию в Zn. Другими словами, матрица вычета имеет мультипликативную инверсию, если НОД (det (A), n) = 1.

    Пример 3.7

    Рисунок 3.8 показывает матрицу вычетов в Zn и его мультипликативной инверсии A-1. Возьмем детерминант det (A) = 21, который имеет мультипликативную инверсию 5 в Z26. Обратите внимание, что когда мы умножаем эти две матрицы, то результат — единичная матрица мультипликативная матрица, в Z26.

    (рис 3.8) Матрица вычетов и мультипликативная инверсия

    Сравнение

    Две матрицы, сравнимые по модулю n, записываются как $$A \equiv B(\bmod n)$$, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и все соответствующие элементы — сравнимые по модулю n. Другими словами, $$A \equiv B(\bmod n)$$, если $${a_{ij}} \equiv {b_{ij}}(\bmod n)$$ для всех i и j.

    3.2. Линейное уравнение

    Криптография часто включает в себя решение уравнения или множества уравнений одной или более переменных с коэффициентом в Zn. Этот раздел показывает, как решать уравнения с одним неизвестным, когда степень переменной равна 1 (линейное уравнение).

    Линейные уравнения с одним неизвестным, содержащие сравнения

    Давайте посмотрим, как решаются уравнения с одним неизвестным, содержащие сравнения, то есть уравнения ax = b (mod n). Уравнение этого типа может не иметь ни одного решения или иметь ограниченное число решений. Предположим, что НОД (a, n) = d. Если d†b, решение не существует. Если d|b, то имеется d решений.

    Если d|b, то для того, чтобы найти решения, мы используем следующую стратегию.

  • Сократить уравнение, разделив обе стороны уравнения (включая модуль) на d.
  • Умножить обе стороны сокращенного уравнения на мультипликативную инверсию, чтобы найти конкретное решение x0.
  • Общие решения будут x = x0 + k (n/d) для k = 0, 1..., (d – 1).
  • Пример 3.8

    Решить уравнение $$10x \equiv 2(\bmod 15)$$.

    Сначала мы найдем НОД(10,15) = 5. Полученное число 5 не делится на 2, решение отсутствует.

    Пример 3.9

    Решить уравнение $$14x \equiv 12(\bmod 18)$$.

    Решение

    Заметим, что НОД (14, 18) = 2. Поскольку 2 делит 12, мы имеем точно два решения, но сначала сократим уравнение:

    $$14x \equiv 12(mod\ 18) \to 7x \equiv 6(mod\ 9) \to x \equiv 6(7^{-1})(mod\ 9) \\ x_{0} \equiv 6(7^{-1})(mod\ 9) \equiv (6 \times 4) (mod\ 9) = 6 \\ x_{1}= x_{0} + 1 \times (18/2) = 15$$

    Оба решения, 6 и 15, удовлетворяют уравнению сравнения, потому что $$(14 \times 6)\bmod 18 = 12$$, а также $$(14 \times 15)\bmod 18 = 12$$.

    Пример 3.10

    Решить уравнение $$3x + 4 \equiv 6\left( {\bmod 13} \right)$$.

    Решение

    Сначала мы приводим уравнение к форме $$ax \equiv b(\bmod n)$$. Мы прибавляем (–4) к обеим сторонам ( 4 аддитивная инверсия). Получим $$3x \equiv 2(\bmod 13)$$. Поскольку НОД (3, 13) = 1, уравнение имеет только одно решение, $${x_0} = (2 \times {3^{ - 1}})\bmod 13 = 18 \mod 13 = 5$$. Мы можем видеть, что ответ удовлетворяет первоначальному уравнению: $$3 \times 5 + 4 = 6\left( {\bmod 13} \right)$$.

    Система линейных уравнений, содержащих сравнения

    Мы можем решить систему линейных уравнений с одним и тем же модулем, если матрица, сформированная из коэффициентов системы уравнений, имеет обратную матрицу. Для решения уравнения составляются три матрицы. Первая — квадратная матрица — формируется из коэффициентов уравнения. Вторая — матрица-столбец — составляется из переменных. Третья — матрица-столбец в правой стороне оператора сравнения — состоит из значения bn. Мы можем это уравнение представить как произведение матриц. Если обе стороны сравнения умножить на мультипликативную инверсию первой матрицы, в результате мы получим решение системы уравнений, как это показано на рис. 3.9.

    (рис 3.9) Система линейных уравнений

    Пример 3.11

    Решить систему следующих трех уравнений:

    3x + 5y + 7z = 3 (mod 16) 
    x + 4y + 13z = 5 (mod 16)
    2x + 7y + 3z = 4 (mod 16)

    Решение

    Здесь x, y и z играют роли x1, x2, и x3. Матрица, сформированная из коэффициентов уравнений, — обратима. Мы находим мультипликативную инверсию матрицы и умножаем ее на матрицу столбца, сформированную из 3, 5 и 4. Результат — $$x \equiv 15(\bmod 16)$$, $$y \equiv 4(\bmod 16)$$ и $$z \equiv 14(\bmod 16)$$. Мы можем проверить ответ, подставляя эти значения в уравнения.

    3.3. Рекомендованная литература

    Для более детального изучения положений, обсужденных в этой лекции, мы рекомендуем нижеследующие книги и сайты. Пункты, указанные в скобках, показаны в списке ссылок в конце книги.

    Книги

    Несколько книг дают простой, но полный охват теории чисел: [Ros06], [Sch99], [Cou99] и [BW00]. Матрицы обсуждаются в любой книге по линейной алгебре: [LEF04], [DF04] и [Dur05] — это хорошие книги для начинающих.

    Сайты

    Нижеследующие сайты дают больше информации о темах, рассмотренных в этой лекции.

  • http:en.wikipedia.org/wiki/Euclidean_algorithm
  • http:en.wikipedia.org/wiki/Multiplicative_inverse
  • http:en.wikipedia.org/wiki/Additive-inverse
  • 3.4. Итоги

  • Множество целых чисел, обозначаемое Z, содержит все целые числа от отрицательной бесконечности до положительной бесконечности. Для целых чисел определены три общих бинарных операции — сложение, вычитание и умножение. Деление не удовлетворяет определению бинарности, потому что требует два выхода вместо одного.
  • В арифметике целых чисел, если мы делим a на n, мы можем получить q и r. Отношение между этими четырьмя целыми числами можно показать как $$q \times n + r$$. Мы говорим a|n, если $$a = q \times n$$. В этой лекции мы рассмотрели четыре свойства теории делимости.
  • Два положительных целых числа могут иметь больше чем один общий делитель. Но мы обычно интересуемся наибольшим общим делителем. Алгоритм Евклида дает эффективный и систематический алгоритм вычисления наибольшего общего делителя двух целых чисел.
  • Расширенный алгоритм Эвклида может вычислить НОД (a, b) и вычислить значение s и t, которые удовлетворяют уравнению as + bt = НОД (a, b). Линейное диофантово уравнение двух переменных: ax + by = c. Оно имеет частное и общие решения.
  • В модульной арифметике мы интересуемся только остатками; мы хотим знать значение r, когда мы делим a на n. Мы используем новый оператор, названный модулем (mod), такой, что a mod n = r. Здесь n называется модулем, а r называется вычетом.
  • Результат операции по модулю n — всегда целое число от 0 и до n-1. Мы можем сказать, что операция по модулю n создает набор, который в модульной арифметике называется множеством наименьших вычетов по модулю n, или Zn.
  • Отображение из Z в Zn не совпадают один в один. Определенные элементы Z могут быть отображены в элемент Zn. В модульной арифметике все целые числа в Z, отображаемые в Zn, называются сравнениями по модулю. Для обозначения этой операции применяется оператор сравнения ( $$\equiv$$ ).
  • Система вычетов [a] — множество целых чисел, сравнимых по модулю n. Это множество всех целых чисел x = a (mod n).
  • Три бинарных операции (сложение, вычитание и умножение), определенные для множества Z, могут быть также определены для множества Zn. При необходимости результат может быть отражен в Zn при помощи операции mod.
  • В этой лекции для модульных операторов были определены несколько свойств.
  • В Zn два числа a и b — аддитивные инверсии по отношению друг к другу, если $$a + b \equiv 0(\bmod n)$$. Они — мультипликативные инверсии по отношению друг к другу, если $$a \times b \equiv 1(\bmod n)$$. Целое число a имеет мультипликативную инверсию в Zn тогда и только тогда, когда НОД (n, a) = 1 ( a и n — взаимно простые числа).
  • Расширенный алгоритм Евклида находит мультипликативные инверсии b в Zn, когда даны n и b и НОД (n, b) = 1. Мультипликативная инверсия b — это значение t при соответствующем отображении в Zn.
  • Матрица — прямоугольный массив $$l \times m$$. элементы, где l является номером строки, а m — номер столбца. Мы обозначаем матрицу заглавной буквой и жирным шрифтом, например, A. Элемент aij расположен в i -той строке и j -том столбце.
  • Две матрицы равны, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и соответствующие элементы равны.
  • Сложение и вычитание можно делать только для матриц равного размера. Мы можем умножить друг на друга две матрицы различных размеров, если число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы. В матрицах вычетов все элементы берутся из Zn.
  • Все операции на матрицах вычетов проводятся в модульной арифметике.
  • Матрица вычета имеет инверсию, если детерминант матрицы имеет инверсию.
  • Уравнение $$ax \equiv b(\bmod n)$$ не может иметь решения или ограниченное число решений. Если НОД (a,n)|b, то имеется ограниченное число решений.
  • Система линейных уравнений с тем же самым модулем может быть решена, если матрица, сформированная из коэффициентов уравнений, имеет инверсию.
  • 3.5. Набор для практики

    Обзорные вопросы

  • Покажите различие между Z и Zn. Какое из этих множеств может содержать отрицательные целые числа? Как мы можем отобразить целое число в Z в целое число в Zn?
  • Перечислите четыре свойства теории делимости, обсужденной в этой лекции. Приведите пример целого числа с единственным делителем. Приведите пример целого числа только с двумя делителями. Приведите пример целого числа с более чем двумя делителями.
  • Определите наибольший общий делитель двух целых чисел. Какой алгоритм может эффективно найти наибольший общий делитель?
  • Что такое линейное диофантово уравнение двух переменных? Сколько решений может иметь такое уравнение? Как может быть найдено решение(я)?
  • Что такое оператор по модулю и какие у него имеются приложения? Перечислите все свойства, которые мы упоминали в этой лекции для операций по модулю.
  • Определите сравнение и сопоставьте его свойства со свойствами равенства.
  • Определите систему вычетов и наименьший вычет.
  • Какова разница между множеством Zn и множеством Zn*? В каком множестве каждый элемент имеет аддитивную инверсию? В каком множестве каждый элемент имеет мультипликативную инверсию? Какой алгоритм используется, чтобы найти мультипликативную инверсию целого числа в Zn?
  • Дайте определение матрицы. Что такое матрица-строка? Что такое матрица-столбец? Что такое квадратная матрица? Какая матрица имеет детерминант? Какая матрица может иметь инверсию?
  • Определите линейное сравнение. Какой алгоритм может использоваться, чтобы решить уравнение $$ax \equiv b(\bmod n)$$? Как мы можем решить набор линейных уравнений?
  • Упражнения

  • Какие из следующих отношений являются истинными, а какие — ложными?
    5|26	3|123	27†127 	 15†21	 23|96	  8|5
  • Используя алгоритм Эвклида, найдите наибольший общий делитель следующих пар целых чисел:
  • 88 и 220
  • 300 и 42
  • 24 и 320
  • 401 и 700
  • Решите следующие примеры:
  • Дано НОД (a, b) = 24, найдите НОД (a, b, 16)
  • Дано НОД (a, b, c) = 12, найдите НОД (a, b, c, 16)
  • Найдите НОД (200, 180, и 450)
  • Найдите НОД (200, 180 450 610)
  • Предположим, что n — неотрицательное целое число.
  • Найдите НОД (2n + 1, n)
  • Используя результат части а, найдите НОД (201, 100), НОД (81, 40) и НОД (501, 250)
  • Предположим, что n — неотрицательное целое число.
  • Найдите НОД (3 n + 1,2n +1).
  • Используя результат части а, найдите НОД (301, 201) и НОД (121, 81)
  • Используя расширенный алгоритм Евклида, найдите наибольший общий делитель следующих пар и значения s и t:
  • 4 и 7
  • 291 и 42
  • 84 и 320
  • 400 и 60
  • Найдите результаты следующих операций:
  • 22 mod 7
  • 140 mod 10
  • -78 mod 13
  • 0 mod 15
  • Выполните следующие операции, сначала используя следующее сокращение:
  • (273 + 147) mod 10
  • (4223 + 17323) mod 10
  • (148 + 14432) mod 12
  • (2467+461) mod 12
  • Выполните следующие операции, сначала используя следующее сокращение:
  • $$(125 \times 45)\bmod 10$$
  • $$(424 \times 32)\bmod 10$$
  • $$(144 \times 34)\bmod 12$$
  • $$(221 \times 23)\bmod 22$$
  • Используя свойства оператора mod, докажите следующее:
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 10, — самая правая цифра
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 100, — целое число, составленное из двух самых правых цифр
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 1000, — целое число, составленное из трех самых правых цифр
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 5 — такой же, что и остаток от деления самой правой цифры на 5. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 2 — такой же, что и остаток от деления самой правой цифры на 2. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 4 — такой же, что и остаток от деления двух самых правых цифр на 4. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 8 — такой же, что и остаток от деления самых правых трех цифр на 8. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 9 — такой же, как и остаток от деления суммы его десятичных цифр на 9. Другими словами, остаток от деления 6371 на 9 — такой же, как при делении 17 на 9, потому что 6 + 3 + 7 + 1 = 17. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Следующие упражнения показывают остатки от степени 10 при делении на 7. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней.

    100 mod 7 = 1 101 mod 7 = 3 102 mod 7 = 2

    103 mod 7 = 1 104 mod 7 = –3 105 mod 7 = –2

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от деления целого числа на 7. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Следующие упражнения показывают остатки от деления степеней 10 на 11. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней

    102 mod 11 = 1 101 mod 11 = –1 102 mod 11 = 1 103 mod 11 = –1

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от деления целого числа на 11. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Следующие упражнения показывают остатки от деления степеней 10 на 13. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней.

    102 mod 13 = 1 101 mod 13 = –3 102 mod 13 = –4

    103 mod 3 = –1 104 mod 13 = 3 105 mod 13 = 4

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от целого числа при делении на 13. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Назначим числовые значения для заглавных букв латинского алфавита ( A = 0, B = 1... Z = 25 ). Мы можем создать модульную арифметику, используя модуль 26.
  • Что является (A + N) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (A + 6) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (Y – 5) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (C – 10) mod 26 в этой системе?
  • Перечислите все пары аддитивной инверсии по модулю 20.
  • Перечислите все мультипликативные обратные пары по модулю 20.
  • Найдите мультипликативную инверсию каждого из следующих целых чисел в Z180, используя расширенный алгоритм Евклида.
  • 38
  • 7
  • 132
  • 24
  • Найдите частное и общие решения следующих линейных диофантовых уравнений:
  • 25x + 10y = 15
  • 19x + 13y = 20
  • 14x + 21y = 77
  • 40x +16y = 88
  • Покажите, что нет ни одного решения следующих линейных диофантовых уравнений:
  • 15x + 12y = 13
  • 18x + 30y = 20
  • 15x + 25y = 69
  • 40x +30y = 98
  • Почтовое отделение продает марки только за 15 центов и за 39 центов. Найдите число марок, которые должен купить клиент, чтобы оплатить пересылку пакета стоимостью 2,70$. Найдите несколько решений.
  • Найдите все решения каждого из следующих линейных уравнений:
  • $$3x \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$4x \equiv 4\left( {\bmod 6} \right)$$
  • $$9x \equiv 12\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$256x \equiv 442\left( {\bmod 60} \right)$$
  • Найдите все решения каждого из следующих линейных уравнений:
  • $$3x+5 \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$4x+6 \equiv 4\left( {\bmod 6} \right)$$
  • $$9x+4 \equiv 12\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$232x+42 \equiv 248\left( {\bmod 50} \right)$$
  • Найдите $$(A \times B)\bmod 16$$, используя матрицы на рис 3.11(рис 3.11) Матрицы для упражнения 28
  • На рисунке 3.12 найдите детерминант и мультипликативную инверсию для каждой матрицы вычетов в множестве (рис 3.12) Матрицы для упражнения 29
  • Найдите все решения для следующих систем линейных уравнений:
  • $$3x+5y \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$ и $$2x+y \equiv 3\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$3x+2y \equiv 5\left( {\bmod 7} \right)$$ и $$4x+6y \equiv 4\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$7x+3y \equiv 3\left( {\bmod 7} \right)$$ и $$4x+2y \equiv 5\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$2x+5y \equiv 5\left( {\bmod 8} \right)$$ и $$x+6y \equiv 3\left( {\bmod 8} \right)$$
  • Страницы:

    3.1. Матрицы

    В криптографии мы должны обрабатывать матрицы. Хотя эта тема принадлежит специальному разделу алгебры, который называется линейной алгеброй, необходим краткий обзор матриц для подготовки к изучению криптографии. Читатели, знакомые с этими вопросами, могут пропустить часть или весь этот раздел. Раздел начинается с некоторых определений и примеров использования матрицы в модульной арифметике.

    Определения

    Матрицапрямоугольный массив, содержащий l x m элементов, в которых l — число строк, m — число столбцов. Матрица обычно обозначается заглавной буквой, такой, как A. Элемент aij расположен в i -той строке и j -том столбце. Хотя элементы матрицы могут быть любым множеством чисел, мы обсуждаем только матрицы с элементами в Z. Пример матрицы с m столбцами и l строками $$\begin{pmatrix} a_{11} a_{12} ... a_{1m}\\ a_{21} a_{22} ... a_{2m}\\ ... \\ a_{l1} a_{l2} ... a_{lm}\\ \end{pmatrix}$$

    Если матрица имеет только одну строку ( l = 1 ), она называется матрицей-строкой ; если она имеет только один столбец ( m = 1 ), то называется матрицей-столбцом. Матрица называется квадратной, если число строк равно числу столбцов ( l = m ) и содержит элементы a11, a22, ……, amm. Матрица обозначается 0, если все строки и все столбцы содержат нули. Единичная матрица обозначается I, если она квадратная и содержит все единицы на главной диагонали и все нули на других местах. Рисунок 3.2 показывает некоторые примеры матриц с элементами из Z.

    (рис 3.2) Примеры матриц

    Операции и уравнения

    В линейной алгебре для матриц определены одно уравнение (равенство) и четыре операции (сложение, вычитание, умножение и скалярное умножение).

    Равенство

    Две матрицы равны, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и соответствующие элементы равны. Другими словами, A = B, если мы имеем aij = bij для всех i и j.

    Сложение и вычитание

    Операция сложения двух матриц может применяться, если матрицы имеют одинаковое число столбцов и строк. Сложение записывают как C =A + B. В этом случае полученная в результате матрица C имеет тот же самый номер строк и столбцов, как A или B. Каждый элемент C — сумма двух соответствующих элементов A и B: aij + bij.

    Операция вычитания производится аналогично сложению, за исключением того, что каждый элемент B вычитается из соответствующего элемента A: dij= aij – bij.

    Пример 3.1

    Ниже показан пример сложения и вычитания.

    $$\begin{pmatrix} 12 4 4\\ 11 12 30\\ \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 2 1\\ 3 2 10\\ \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 7 2 3\\ 8 10 20\\ \end{pmatrix}\\ C=A+B\\ \begin{pmatrix} -2 0 -2\\ -5 -8 -10\\ \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 2 1\\ 3 2 10\\ \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 7 2 3\\ 8 10 20\\ \end{pmatrix}\\ C=A-B$$

    Умножение

    Две матрицы различного размера могут быть перемножены, если число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы. Если A — матрица размера l x m, а матрица B размера m x p, то произведением будет матрица C размером l x p. Если элемент матрицы A обозначить aij, а каждый элемент матрицы B обозначить bjk, то элемент матрицы Ccik — вычисляется следующим образом:

    $$c_{ik} = \Sigma a_{ij} x b_{jk} = a_{i1} \multiply b_{1j} + a_{i2} x b_{2j} + … + a_{im} x b_{mj}$$

    Пример 3.2

    Рисунок 3.3 показывает произведение матрицы-строки ( $$1 \times 3$$ ) на матрицу-столбец ( $$3 \times 1$$ ). В результате получаем матрицу размером $$1 \times 1$$.

    (рис 3.3) Умножение матрицы-строки на матрицу-столбец

    Пример 3.3

    Рисунок 3.4 показывает произведение матрицы $$2 \times 3$$ на матрицу $$3 \times 4$$. В результате получаем матрицу $$2 \times 4$$

    (рис 3.4) Умножение матрицы 2 x 3 на матрицу 3 x 4.

    Скалярное умножение

    Мы можем также умножить матрицу на число (называемое скаляр ). Если A — матрица $$l \times m$$ и x — скаляр, то C = xA — матрица $$l \times m$$, в которой $${c_{ij}} = x \times {a_{ij}}$$.

    (рис 3.5) Скалярное умножение

    Пример 3.4

    Рисунок 3.5 показывает пример скалярного умножения.

    Детерминант

    Детерминант — квадратная матрица A размера $$m \times m$$, обозначаемая как det (A) — скалярное вычисление рекурсивно, как это показано ниже:

  • $$If\ m = 1,{\text{ }}\det (A) = {a_{11}}$$
  • $$If\ m > 1,{\text{ }}\det (A) = \sum\limits_{i = 1 \ldots m}^{} {{{( - 1)}^{i + j}} \times {a_{ij}}} \times \det ({A_{ij}})$$
  • где Aij получается из A удалением i -той строки j -того столбца.
    Детерминант определяется только для квадратной матрицы.

    Пример 3.5

    Рисунок 3.6 показывает, как можно вычислить детерминант матрицы $$2 \times 2$$, базируясь на детерминанте матрицы $$1 \times 1$$ и используя приведенное выше рекурсивное определение. Пример доказывает, что когда m 1 или 2, это позволяет найти детерминант матрицы достаточно просто.

    (рис 3.6) Вычисление детерминанта матрицы 2 x 2

    Пример 3.6

    Рисунок 3.7 показывает вычисление детерминанта матрицы $$3 \times 3$$.

    (рис 3.7) Вычисление детераминаната матрицы 3 x 3

    Инверсии

    Матрицы имеют аддитивные и мультипликативные инверсии.

    Аддитивная инверсия

    Аддитивная инверсия матрицы — это другая матрица B, такая, что A + B = 0. Другими словами, мы имеем элементы bij = –aij для всех значений i и j. Обычно аддитивная инверсия A обозначается как (-A).

    Мультипликативная инверсия

    Мультипликативная инверсия определена только для квадратных матриц. Мультипликативная инверсия квадратной матрицы A — квадратная матрица B, такая, что $$A \times B = B \times A = I$$. Обычно мультипликативная инверсия обозначается как A-1. Мультипликативная инверсия существует только, если det (A) имеет мультипликативную инверсию в соответствующем инверсном множестве. Если целое число не имеет мультипликативной инверсии в Z, то не существует мультипликативной инверсии матрицы в Z. Однако матрицы с реальными элементами имеют инверсии, только если $$\det \left( A \right) \ne 0$$.

    Мультипликативные инверсии определены только для квадратных матриц.

    Матрицы вычетов

    Криптография использует матрицы вычетов: матрицы могут содержать все элементы из Zn. Все операции на матрицах вычетов выполняются так же, как и на матрицах целых чисел, за исключением того, что операции производятся в модульной арифметике. Есть одно интересное свойство: матрица вычетов имеет мультипликативную инверсию, если детерминант матрицы имеет мультипликативную инверсию в Zn. Другими словами, матрица вычета имеет мультипликативную инверсию, если НОД (det (A), n) = 1.

    Пример 3.7

    Рисунок 3.8 показывает матрицу вычетов в Zn и его мультипликативной инверсии A-1. Возьмем детерминант det (A) = 21, который имеет мультипликативную инверсию 5 в Z26. Обратите внимание, что когда мы умножаем эти две матрицы, то результат — единичная матрица мультипликативная матрица, в Z26.

    (рис 3.8) Матрица вычетов и мультипликативная инверсия

    Сравнение

    Две матрицы, сравнимые по модулю n, записываются как $$A \equiv B(\bmod n)$$, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и все соответствующие элементы — сравнимые по модулю n. Другими словами, $$A \equiv B(\bmod n)$$, если $${a_{ij}} \equiv {b_{ij}}(\bmod n)$$ для всех i и j.

    3.2. Линейное уравнение

    Криптография часто включает в себя решение уравнения или множества уравнений одной или более переменных с коэффициентом в Zn. Этот раздел показывает, как решать уравнения с одним неизвестным, когда степень переменной равна 1 (линейное уравнение).

    Линейные уравнения с одним неизвестным, содержащие сравнения

    Давайте посмотрим, как решаются уравнения с одним неизвестным, содержащие сравнения, то есть уравнения ax = b (mod n). Уравнение этого типа может не иметь ни одного решения или иметь ограниченное число решений. Предположим, что НОД (a, n) = d. Если d†b, решение не существует. Если d|b, то имеется d решений.

    Если d|b, то для того, чтобы найти решения, мы используем следующую стратегию.

  • Сократить уравнение, разделив обе стороны уравнения (включая модуль) на d.
  • Умножить обе стороны сокращенного уравнения на мультипликативную инверсию, чтобы найти конкретное решение x0.
  • Общие решения будут x = x0 + k (n/d) для k = 0, 1..., (d – 1).
  • Пример 3.8

    Решить уравнение $$10x \equiv 2(\bmod 15)$$.

    Сначала мы найдем НОД(10,15) = 5. Полученное число 5 не делится на 2, решение отсутствует.

    Пример 3.9

    Решить уравнение $$14x \equiv 12(\bmod 18)$$.

    Решение

    Заметим, что НОД (14, 18) = 2. Поскольку 2 делит 12, мы имеем точно два решения, но сначала сократим уравнение:

    $$14x \equiv 12(mod\ 18) \to 7x \equiv 6(mod\ 9) \to x \equiv 6(7^{-1})(mod\ 9) \\ x_{0} \equiv 6(7^{-1})(mod\ 9) \equiv (6 \times 4) (mod\ 9) = 6 \\ x_{1}= x_{0} + 1 \times (18/2) = 15$$

    Оба решения, 6 и 15, удовлетворяют уравнению сравнения, потому что $$(14 \times 6)\bmod 18 = 12$$, а также $$(14 \times 15)\bmod 18 = 12$$.

    Пример 3.10

    Решить уравнение $$3x + 4 \equiv 6\left( {\bmod 13} \right)$$.

    Решение

    Сначала мы приводим уравнение к форме $$ax \equiv b(\bmod n)$$. Мы прибавляем (–4) к обеим сторонам ( 4 аддитивная инверсия). Получим $$3x \equiv 2(\bmod 13)$$. Поскольку НОД (3, 13) = 1, уравнение имеет только одно решение, $${x_0} = (2 \times {3^{ - 1}})\bmod 13 = 18 \mod 13 = 5$$. Мы можем видеть, что ответ удовлетворяет первоначальному уравнению: $$3 \times 5 + 4 = 6\left( {\bmod 13} \right)$$.

    Система линейных уравнений, содержащих сравнения

    Мы можем решить систему линейных уравнений с одним и тем же модулем, если матрица, сформированная из коэффициентов системы уравнений, имеет обратную матрицу. Для решения уравнения составляются три матрицы. Первая — квадратная матрица — формируется из коэффициентов уравнения. Вторая — матрица-столбец — составляется из переменных. Третья — матрица-столбец в правой стороне оператора сравнения — состоит из значения bn. Мы можем это уравнение представить как произведение матриц. Если обе стороны сравнения умножить на мультипликативную инверсию первой матрицы, в результате мы получим решение системы уравнений, как это показано на рис. 3.9.

    (рис 3.9) Система линейных уравнений

    Пример 3.11

    Решить систему следующих трех уравнений:

    3x + 5y + 7z = 3 (mod 16) 
    x + 4y + 13z = 5 (mod 16)
    2x + 7y + 3z = 4 (mod 16)

    Решение

    Здесь x, y и z играют роли x1, x2, и x3. Матрица, сформированная из коэффициентов уравнений, — обратима. Мы находим мультипликативную инверсию матрицы и умножаем ее на матрицу столбца, сформированную из 3, 5 и 4. Результат — $$x \equiv 15(\bmod 16)$$, $$y \equiv 4(\bmod 16)$$ и $$z \equiv 14(\bmod 16)$$. Мы можем проверить ответ, подставляя эти значения в уравнения.

    3.3. Рекомендованная литература

    Для более детального изучения положений, обсужденных в этой лекции, мы рекомендуем нижеследующие книги и сайты. Пункты, указанные в скобках, показаны в списке ссылок в конце книги.

    Книги

    Несколько книг дают простой, но полный охват теории чисел: [Ros06], [Sch99], [Cou99] и [BW00]. Матрицы обсуждаются в любой книге по линейной алгебре: [LEF04], [DF04] и [Dur05] — это хорошие книги для начинающих.

    Сайты

    Нижеследующие сайты дают больше информации о темах, рассмотренных в этой лекции.

  • http:en.wikipedia.org/wiki/Euclidean_algorithm
  • http:en.wikipedia.org/wiki/Multiplicative_inverse
  • http:en.wikipedia.org/wiki/Additive-inverse
  • 3.4. Итоги

  • Множество целых чисел, обозначаемое Z, содержит все целые числа от отрицательной бесконечности до положительной бесконечности. Для целых чисел определены три общих бинарных операции — сложение, вычитание и умножение. Деление не удовлетворяет определению бинарности, потому что требует два выхода вместо одного.
  • В арифметике целых чисел, если мы делим a на n, мы можем получить q и r. Отношение между этими четырьмя целыми числами можно показать как $$q \times n + r$$. Мы говорим a|n, если $$a = q \times n$$. В этой лекции мы рассмотрели четыре свойства теории делимости.
  • Два положительных целых числа могут иметь больше чем один общий делитель. Но мы обычно интересуемся наибольшим общим делителем. Алгоритм Евклида дает эффективный и систематический алгоритм вычисления наибольшего общего делителя двух целых чисел.
  • Расширенный алгоритм Эвклида может вычислить НОД (a, b) и вычислить значение s и t, которые удовлетворяют уравнению as + bt = НОД (a, b). Линейное диофантово уравнение двух переменных: ax + by = c. Оно имеет частное и общие решения.
  • В модульной арифметике мы интересуемся только остатками; мы хотим знать значение r, когда мы делим a на n. Мы используем новый оператор, названный модулем (mod), такой, что a mod n = r. Здесь n называется модулем, а r называется вычетом.
  • Результат операции по модулю n — всегда целое число от 0 и до n-1. Мы можем сказать, что операция по модулю n создает набор, который в модульной арифметике называется множеством наименьших вычетов по модулю n, или Zn.
  • Отображение из Z в Zn не совпадают один в один. Определенные элементы Z могут быть отображены в элемент Zn. В модульной арифметике все целые числа в Z, отображаемые в Zn, называются сравнениями по модулю. Для обозначения этой операции применяется оператор сравнения ( $$\equiv$$ ).
  • Система вычетов [a] — множество целых чисел, сравнимых по модулю n. Это множество всех целых чисел x = a (mod n).
  • Три бинарных операции (сложение, вычитание и умножение), определенные для множества Z, могут быть также определены для множества Zn. При необходимости результат может быть отражен в Zn при помощи операции mod.
  • В этой лекции для модульных операторов были определены несколько свойств.
  • В Zn два числа a и b — аддитивные инверсии по отношению друг к другу, если $$a + b \equiv 0(\bmod n)$$. Они — мультипликативные инверсии по отношению друг к другу, если $$a \times b \equiv 1(\bmod n)$$. Целое число a имеет мультипликативную инверсию в Zn тогда и только тогда, когда НОД (n, a) = 1 ( a и n — взаимно простые числа).
  • Расширенный алгоритм Евклида находит мультипликативные инверсии b в Zn, когда даны n и b и НОД (n, b) = 1. Мультипликативная инверсия b — это значение t при соответствующем отображении в Zn.
  • Матрица — прямоугольный массив $$l \times m$$. элементы, где l является номером строки, а m — номер столбца. Мы обозначаем матрицу заглавной буквой и жирным шрифтом, например, A. Элемент aij расположен в i -той строке и j -том столбце.
  • Две матрицы равны, если они имеют одинаковое число строк и столбцов и соответствующие элементы равны.
  • Сложение и вычитание можно делать только для матриц равного размера. Мы можем умножить друг на друга две матрицы различных размеров, если число столбцов первой матрицы совпадает с числом строк второй матрицы. В матрицах вычетов все элементы берутся из Zn.
  • Все операции на матрицах вычетов проводятся в модульной арифметике.
  • Матрица вычета имеет инверсию, если детерминант матрицы имеет инверсию.
  • Уравнение $$ax \equiv b(\bmod n)$$ не может иметь решения или ограниченное число решений. Если НОД (a,n)|b, то имеется ограниченное число решений.
  • Система линейных уравнений с тем же самым модулем может быть решена, если матрица, сформированная из коэффициентов уравнений, имеет инверсию.
  • 3.5. Набор для практики

    Обзорные вопросы

  • Покажите различие между Z и Zn. Какое из этих множеств может содержать отрицательные целые числа? Как мы можем отобразить целое число в Z в целое число в Zn?
  • Перечислите четыре свойства теории делимости, обсужденной в этой лекции. Приведите пример целого числа с единственным делителем. Приведите пример целого числа только с двумя делителями. Приведите пример целого числа с более чем двумя делителями.
  • Определите наибольший общий делитель двух целых чисел. Какой алгоритм может эффективно найти наибольший общий делитель?
  • Что такое линейное диофантово уравнение двух переменных? Сколько решений может иметь такое уравнение? Как может быть найдено решение(я)?
  • Что такое оператор по модулю и какие у него имеются приложения? Перечислите все свойства, которые мы упоминали в этой лекции для операций по модулю.
  • Определите сравнение и сопоставьте его свойства со свойствами равенства.
  • Определите систему вычетов и наименьший вычет.
  • Какова разница между множеством Zn и множеством Zn*? В каком множестве каждый элемент имеет аддитивную инверсию? В каком множестве каждый элемент имеет мультипликативную инверсию? Какой алгоритм используется, чтобы найти мультипликативную инверсию целого числа в Zn?
  • Дайте определение матрицы. Что такое матрица-строка? Что такое матрица-столбец? Что такое квадратная матрица? Какая матрица имеет детерминант? Какая матрица может иметь инверсию?
  • Определите линейное сравнение. Какой алгоритм может использоваться, чтобы решить уравнение $$ax \equiv b(\bmod n)$$? Как мы можем решить набор линейных уравнений?
  • Упражнения

  • Какие из следующих отношений являются истинными, а какие — ложными?
    5|26	3|123	27†127 	 15†21	 23|96	  8|5
  • Используя алгоритм Эвклида, найдите наибольший общий делитель следующих пар целых чисел:
  • 88 и 220
  • 300 и 42
  • 24 и 320
  • 401 и 700
  • Решите следующие примеры:
  • Дано НОД (a, b) = 24, найдите НОД (a, b, 16)
  • Дано НОД (a, b, c) = 12, найдите НОД (a, b, c, 16)
  • Найдите НОД (200, 180, и 450)
  • Найдите НОД (200, 180 450 610)
  • Предположим, что n — неотрицательное целое число.
  • Найдите НОД (2n + 1, n)
  • Используя результат части а, найдите НОД (201, 100), НОД (81, 40) и НОД (501, 250)
  • Предположим, что n — неотрицательное целое число.
  • Найдите НОД (3 n + 1,2n +1).
  • Используя результат части а, найдите НОД (301, 201) и НОД (121, 81)
  • Используя расширенный алгоритм Евклида, найдите наибольший общий делитель следующих пар и значения s и t:
  • 4 и 7
  • 291 и 42
  • 84 и 320
  • 400 и 60
  • Найдите результаты следующих операций:
  • 22 mod 7
  • 140 mod 10
  • -78 mod 13
  • 0 mod 15
  • Выполните следующие операции, сначала используя следующее сокращение:
  • (273 + 147) mod 10
  • (4223 + 17323) mod 10
  • (148 + 14432) mod 12
  • (2467+461) mod 12
  • Выполните следующие операции, сначала используя следующее сокращение:
  • $$(125 \times 45)\bmod 10$$
  • $$(424 \times 32)\bmod 10$$
  • $$(144 \times 34)\bmod 12$$
  • $$(221 \times 23)\bmod 22$$
  • Используя свойства оператора mod, докажите следующее:
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 10, — самая правая цифра
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 100, — целое число, составленное из двух самых правых цифр
  • Остаток от любого целого числа, когда оно делится на 1000, — целое число, составленное из трех самых правых цифр
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 5 — такой же, что и остаток от деления самой правой цифры на 5. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 2 — такой же, что и остаток от деления самой правой цифры на 2. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 4 — такой же, что и остаток от деления двух самых правых цифр на 4. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 8 — такой же, что и остаток от деления самых правых трех цифр на 8. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Из арифметики известно, что остаток от целого числа при делении на 9 — такой же, как и остаток от деления суммы его десятичных цифр на 9. Другими словами, остаток от деления 6371 на 9 — такой же, как при делении 17 на 9, потому что 6 + 3 + 7 + 1 = 17. Используйте свойства оператора mod, чтобы доказать это утверждение.
  • Следующие упражнения показывают остатки от степени 10 при делении на 7. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней.

    100 mod 7 = 1 101 mod 7 = 3 102 mod 7 = 2

    103 mod 7 = 1 104 mod 7 = –3 105 mod 7 = –2

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от деления целого числа на 7. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Следующие упражнения показывают остатки от деления степеней 10 на 11. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней

    102 mod 11 = 1 101 mod 11 = –1 102 mod 11 = 1 103 mod 11 = –1

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от деления целого числа на 11. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Следующие упражнения показывают остатки от деления степеней 10 на 13. Мы можем доказать, что эти значения будут повторяться для более высоких степеней.

    102 mod 13 = 1 101 mod 13 = –3 102 mod 13 = –4

    103 mod 3 = –1 104 mod 13 = 3 105 mod 13 = 4

    Используя вышеупомянутую информацию, найдите остаток от целого числа при делении на 13. Проверьте ваш метод с числом 631453672.

  • Назначим числовые значения для заглавных букв латинского алфавита ( A = 0, B = 1... Z = 25 ). Мы можем создать модульную арифметику, используя модуль 26.
  • Что является (A + N) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (A + 6) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (Y – 5) mod 26 в этой системе?
  • Чему равно (C – 10) mod 26 в этой системе?
  • Перечислите все пары аддитивной инверсии по модулю 20.
  • Перечислите все мультипликативные обратные пары по модулю 20.
  • Найдите мультипликативную инверсию каждого из следующих целых чисел в Z180, используя расширенный алгоритм Евклида.
  • 38
  • 7
  • 132
  • 24
  • Найдите частное и общие решения следующих линейных диофантовых уравнений:
  • 25x + 10y = 15
  • 19x + 13y = 20
  • 14x + 21y = 77
  • 40x +16y = 88
  • Покажите, что нет ни одного решения следующих линейных диофантовых уравнений:
  • 15x + 12y = 13
  • 18x + 30y = 20
  • 15x + 25y = 69
  • 40x +30y = 98
  • Почтовое отделение продает марки только за 15 центов и за 39 центов. Найдите число марок, которые должен купить клиент, чтобы оплатить пересылку пакета стоимостью 2,70$. Найдите несколько решений.
  • Найдите все решения каждого из следующих линейных уравнений:
  • $$3x \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$4x \equiv 4\left( {\bmod 6} \right)$$
  • $$9x \equiv 12\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$256x \equiv 442\left( {\bmod 60} \right)$$
  • Найдите все решения каждого из следующих линейных уравнений:
  • $$3x+5 \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$4x+6 \equiv 4\left( {\bmod 6} \right)$$
  • $$9x+4 \equiv 12\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$232x+42 \equiv 248\left( {\bmod 50} \right)$$
  • Найдите $$(A \times B)\bmod 16$$, используя матрицы на рис 3.11(рис 3.11) Матрицы для упражнения 28
  • На рисунке 3.12 найдите детерминант и мультипликативную инверсию для каждой матрицы вычетов в множестве (рис 3.12) Матрицы для упражнения 29
  • Найдите все решения для следующих систем линейных уравнений:
  • $$3x+5y \equiv 4\left( {\bmod 5} \right)$$ и $$2x+y \equiv 3\left( {\bmod 5} \right)$$
  • $$3x+2y \equiv 5\left( {\bmod 7} \right)$$ и $$4x+6y \equiv 4\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$7x+3y \equiv 3\left( {\bmod 7} \right)$$ и $$4x+2y \equiv 5\left( {\bmod 7} \right)$$
  • $$2x+5y \equiv 5\left( {\bmod 8} \right)$$ и $$x+6y \equiv 3\left( {\bmod 8} \right)$$
  • Вернуться к учебному плану