Algunos resultados de Teoría de Números, etc.


En esta subsección no haremos un desarrollo teórico, sino que daremos sólo tres ejemplos, de los que se extraen la utilidad de algunos conceptos de la teoría de números como la divisibilidad, ó de las propiedades de los números complejos:

Estamos en una isla desierta en la que sabemos que un antiguo pirata enterró un tesoro. No sabemos en qué lugar de la isla lo enterró, pero tenemos un mapa en el que nos indican la ruta que debemos seguir para encontrarlo. En la isla del tesoro hay un pino P y un abetoA. Si trasladamos todo el terreno, con el tesoro incluido, de manera que P ocupe la posición de A, a continuación giramos 90º con centro en P y sentido contrario al de las agujas del reloj y finalmente giramos otros 90º con centro en A en el mismo sentido, el tesoro permanece en el mismo lugar del principio. Encuentra el tesoro.

(Propuesto en [3])

Claramente hemos de encontrar un punto que permanezca invariante después de todas las transformaciones.

Coloquemos el origen en el punto P, y el eje x en la dirección PA, y normalicemos el problema de modo que A=(2,0). Sea z un complejo cualquiera. Transformemos z según los movimientos descritos en el enunciado:

La traslación de vector   transforma z en z+2. Girar con centro P y ángulo 90º  transforma z+2 en (z+2)·i, y si ahora trasladamos el origen aA, giramos 90º y deshacemos el cambio de origen queda (z+2)·i transformado en ((z+2)·i-2)·i+2 y si z permanece invariante eso tiene que ser igual a z, y la única solución de la ecuación es z=-i, luego el tesoro se encuentra en el punto (0,-1) del sistema de referencia.

 

 

Sabiendo que   y  , expresar el número   como suma de dos cuadrados.

(Propuesto en [2])

Sea z=2+3i y w=5+7iEntonces:

  

Probar que 2003 no puede ser expresado como suma de dos cuadrados perfectos.

Supongamos que sí. Entonces, 2003= .

Sabemos que 2003 da de resto 3 al dividirlo entre 4 (es congruente con 3 módulo 4). Entonces   tiene que dar el mismo resto al dividirlo entre cuatro.

Veamos qué resto dan al dividir entre cuatro los cuadrados perfectos:

Si a da de resto 0 al dividir entre cuatro,   también dará resto cero al dividir entre cuatro.

Si a da de resto 1, a=4a’+1, y  =16 +8a’+1 que también da de resto 1 al dividirlo por 4.

Igualmente se puede deducir que si a da de resto 2 ó 3 al dividirlo por 4,   da de resto 0 ó 1 respectivamente al dividirlo entre cuatro. Por tanto     dan de resto 0 ó 1 al dividirlos entre cuatro y es imposible que su suma dé resto 3 al dividirlo entre cuatro, contradicción.

Observación

Un resultado de Euler,  respondiendo a una conjetura de Fermat, es que un número natural se puede expresar como suma de dos cuadrados si y sólo si no tiene ningún factor primo congruente con 3 módulo 4,  con exponente impar.

Esto se puede aplicar a los dos problemas anteriores: 2003 es un primo congruente con 3 módulo 4, luego no se puede expresar como suma de dos cuadrados;  , con 2, 13, 37 no congruentes con 3 módulo 4, luego se puede expresar como suma de dos cuadrados, y el problema 2 de esta subsección da una forma de hacerlo.

 

 

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