20131006 h10 lecture3_matiyasevich

160
Что можно делать с вещественными числами и нельзя делать с целыми числами Ю. В. Матиясевич Санкт-Петербургское отделение Математического института им. В. А. Стеклова РАН http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat

Upload: computer-science-club

Post on 22-May-2015

169 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Что можно делатьс вещественными числамии нельзя делать с целыми

числами

Часть 2. Десятая проблема ГильбертаТретья лекция

Ю.В.Матиясевич

Санкт-Петербургское отделениеМатематического института им. В. А. Стеклова РАН

http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat

Page 2: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Что можно делатьс вещественными числамии нельзя делать с целыми

числами

Часть 2. Десятая проблема ГильбертаТретья лекция

Ю.В.Матиясевич

Санкт-Петербургское отделениеМатематического института им. В. А. Стеклова РАН

http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat

Page 3: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Что можно делатьс вещественными числамии нельзя делать с целыми

числамиЧасть 2. Десятая проблема Гильберта

Третья лекция

Ю.В.Матиясевич

Санкт-Петербургское отделениеМатематического института им. В. А. Стеклова РАН

http://logic.pdmi.ras.ru/~yumat

Page 4: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)= Cm

m+n

=(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

Теорема (Ernst Eduard Kummer [1852]). Запишем числа mи n в позиционной системе счисления с основанием p и сложимих «в столбик»; αp(m, n) равно количеству переносов изразряда в разряд при этом сложении.

Page 5: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)= Cm

m+n

=(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

Теорема (Ernst Eduard Kummer [1852]). Запишем числа mи n в позиционной системе счисления с основанием p и сложимих «в столбик»; αp(m, n) равно количеству переносов изразряда в разряд при этом сложении.

Page 6: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)= Cm

m+n

=(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

Теорема (Ernst Eduard Kummer [1852]). Запишем числа mи n в позиционной системе счисления с основанием p и сложимих «в столбик»; αp(m, n) равно количеству переносов изразряда в разряд при этом сложении.

Page 7: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)= Cm

m+n

=(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

Теорема (Ernst Eduard Kummer [1852]). Запишем числа mи n в позиционной системе счисления с основанием p и сложимих «в столбик»;

αp(m, n) равно количеству переносов изразряда в разряд при этом сложении.

Page 8: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)= Cm

m+n

=(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

Теорема (Ernst Eduard Kummer [1852]). Запишем числа mи n в позиционной системе счисления с основанием p и сложимих «в столбик»; αp(m, n) равно количеству переносов изразряда в разряд при этом сложении.

Page 9: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

Page 10: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

Page 11: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

Page 12: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 13: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p:

p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 14: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p:

p, 2p, 3p, . . . ,⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 15: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 16: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 17: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 18: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 19: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

k! = 1 · 2 · 3 · · · k = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

Имеется⌊k

p

⌋чисел кратных p: p, 2p, 3p, . . . ,

⌊k

p

⌋p

Имеется⌊k

p2

⌋чисел кратных p2: p2, 2p2, 3p2, . . . ,

⌊k

p2

⌋p2

Имеется⌊k

p3

⌋чисел кратных p3: p3, 2p3, 3p3, . . . ,

⌊k

p3

⌋p3

...

βp(k) =

⌊k

p

⌋+

⌊k

p2

⌋+

⌊k

p3

⌋+ . . .

Page 20: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

Page 21: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

Page 22: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

Page 23: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

Page 24: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

(m + n

m

)=

(m + n)!

m!n!

= 2α2(m,n)3α3(m,n) . . . pαp(m,n) . . .

k! = 2β2(k)3β3(k) . . . pβp(k) . . .

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

Page 25: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

=

(⌊m + n

p

⌋−⌊m

p

⌋−⌊n

p

⌋)+

(⌊m + n

p2

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊n

p2

⌋)+

+

(⌊m + n

p3

⌋−⌊m

p3

⌋−⌊n

p3

⌋)+ . . .

Page 26: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

=

(⌊m + n

p

⌋−⌊m

p

⌋−⌊n

p

⌋)+

(⌊m + n

p2

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊n

p2

⌋)+

+

(⌊m + n

p3

⌋−⌊m

p3

⌋−⌊n

p3

⌋)+ . . .

Page 27: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

⌊m + n

pk

⌋−⌊m

pk

⌋−⌊n

pk

⌋=

{1, если есть перенос0, если нет переноса

m =∑r

j=0 mjpj = mr . . . mk mk−1 . . . m0

n =∑r

j=0 njpj = nr . . . nk nk−1 . . . n0

m + n =∑r

j=0 `jpj = `r . . . `k `k−1 . . . `0

bm/pkc = mr . . . mk

bn/pkc = nr . . . nkb(m + n)/pkc = `r . . . `k

Page 28: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

⌊m + n

pk

⌋−⌊m

pk

⌋−⌊n

pk

⌋=

{1, если есть перенос0, если нет переноса

m =∑r

j=0 mjpj = mr . . . mk mk−1 . . . m0

n =∑r

j=0 njpj = nr . . . nk nk−1 . . . n0

m + n =∑r

j=0 `jpj = `r . . . `k `k−1 . . . `0

bm/pkc = mr . . . mk

bn/pkc = nr . . . nkb(m + n)/pkc = `r . . . `k

Page 29: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

=

(⌊m + n

p

⌋−⌊m

p

⌋−⌊n

p

⌋)+

(⌊m + n

p2

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊n

p2

⌋)+

+

(⌊m + n

p3

⌋−⌊m

p3

⌋−⌊n

p3

⌋)+ . . .

Page 30: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Теорема Куммера

αp(m, n) = βp(m + n)− βp(m)− βp(n)

=

⌊m + n

p

⌋+

⌊m + n

p2

⌋+

⌊m + n

p3

⌋+ . . .

−⌊m

p

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊m

p3

⌋− . . .

−⌊n

p

⌋−⌊n

p2

⌋−⌊n

p3

⌋− . . .

=

(⌊m + n

p

⌋−⌊m

p

⌋−⌊n

p

⌋)+

(⌊m + n

p2

⌋−⌊m

p2

⌋−⌊n

p2

⌋)+

+

(⌊m + n

p3

⌋−⌊m

p3

⌋−⌊n

p3

⌋)+ . . .

Page 31: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Следствия теоремы Куммера

Лемма. При сложении чисел a и b в двоичной системесчисления не проиходит ни одного переноса из разряд в разрядв том и только том случае, когда биномиальный коэффициент(a+b

a

)явлется нечетным, то есть существует натуральное число

d такое, что (a + b

a

)= 2d + 1.

Лемма. Биномиальный коэффициент(ab

)явлется нечетным

тогда и только тогда, когда каждый двочный разряд числа a неменьше соответствующего двоичного разряда числа b:

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k ak ≥ bk

(a

b

)=

(b + (a− b)

b

)

Page 32: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Следствия теоремы КуммераЛемма. При сложении чисел a и b в двоичной системесчисления не проиходит ни одного переноса из разряд в разрядв том и только том случае, когда биномиальный коэффициент(a+b

a

)явлется нечетным

, то есть существует натуральное числоd такое, что (

a + b

a

)= 2d + 1.

Лемма. Биномиальный коэффициент(ab

)явлется нечетным

тогда и только тогда, когда каждый двочный разряд числа a неменьше соответствующего двоичного разряда числа b:

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k ak ≥ bk

(a

b

)=

(b + (a− b)

b

)

Page 33: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Следствия теоремы КуммераЛемма. При сложении чисел a и b в двоичной системесчисления не проиходит ни одного переноса из разряд в разрядв том и только том случае, когда биномиальный коэффициент(a+b

a

)явлется нечетным, то есть существует натуральное число

d такое, что (a + b

a

)= 2d + 1.

Лемма. Биномиальный коэффициент(ab

)явлется нечетным

тогда и только тогда, когда каждый двочный разряд числа a неменьше соответствующего двоичного разряда числа b:

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k ak ≥ bk

(a

b

)=

(b + (a− b)

b

)

Page 34: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Следствия теоремы КуммераЛемма. При сложении чисел a и b в двоичной системесчисления не проиходит ни одного переноса из разряд в разрядв том и только том случае, когда биномиальный коэффициент(a+b

a

)явлется нечетным, то есть существует натуральное число

d такое, что (a + b

a

)= 2d + 1.

Лемма. Биномиальный коэффициент(ab

)явлется нечетным

тогда и только тогда, когда каждый двочный разряд числа a неменьше соответствующего двоичного разряда числа b:

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k ak ≥ bk

(a

b

)=

(b + (a− b)

b

)

Page 35: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Следствия теоремы КуммераЛемма. При сложении чисел a и b в двоичной системесчисления не проиходит ни одного переноса из разряд в разрядв том и только том случае, когда биномиальный коэффициент(a+b

a

)явлется нечетным, то есть существует натуральное число

d такое, что (a + b

a

)= 2d + 1.

Лемма. Биномиальный коэффициент(ab

)явлется нечетным

тогда и только тогда, когда каждый двочный разряд числа a неменьше соответствующего двоичного разряда числа b:

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k ak ≥ bk

(a

b

)=

(b + (a− b)

b

)

Page 36: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b

Page 37: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b

Page 38: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b

Page 39: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b

Page 40: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b =⇒(a

c

)нечетн.

Page 41: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b =⇒(a

c

)нечетн. ∧

(b

c

)нечетн.

Page 42: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b =⇒(a

c

)нечетн. ∧

(b

c

)нечетн. ∧

∧(

(a− c) + (b − c)

a− c

)нечетн.

Page 43: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b =⇒(a

c

)нечетн. ∧

(b

c

)нечетн. ∧

∧(

(a− c) + (b − c)

a− c

)нечетн.

Page 44: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b ⇐=

(a

c

)нечетн. ∧

(b

c

)нечетн. ∧

∧(

(a− c) + (b − c)

a− c

)нечетн.

Page 45: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Поразрядное умножение

a =∞∑k=0

ak2k b =∞∑k=0

bk2k c =∞∑k=0

ck2k

a . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 1 . . .b . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 1 . . .c . . . 0 . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . .

a− c . . . 0 . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . .b − c . . . 0 . . . 1 . . . 0 . . . 0 . . .

c = a&b ⇐⇒(a

c

)нечетн. ∧

(b

c

)нечетн. ∧

∧(

(a− c) + (b − c)

a− c

)нечетн.

Page 46: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Биномиальные коэффициенты

(1 + u)m =

(m

m

)um +

(m

m − 1

)um−1 +

(m

m − 2

)um−2+

+ · · ·+(m

n

)un + · · ·+

(m

1

)u +

(m

0

)

2m =

(m

0

)+ · · ·+

(m

n

)+ · · ·+

(m

m

)

c =

(m

n

)⇐⇒ ∃upq{(1 + u)m = pun+1 + cun + q ∧

c < u ∧ q < un−1 ∧ u > 2m}

Page 47: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Биномиальные коэффициенты

(1 + u)m =

(m

m

)um +

(m

m − 1

)um−1 +

(m

m − 2

)um−2+

+ · · ·+(m

n

)un + · · ·+

(m

1

)u +

(m

0

)

2m =

(m

0

)+ · · ·+

(m

n

)+ · · ·+

(m

m

)

c =

(m

n

)⇐⇒ ∃upq{(1 + u)m = pun+1 + cun + q ∧

c < u ∧ q < un−1 ∧ u > 2m}

Page 48: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Биномиальные коэффициенты

(1 + u)m =

(m

m

)um +

(m

m − 1

)um−1 +

(m

m − 2

)um−2+

+ · · ·+(m

n

)un + · · ·+

(m

1

)u +

(m

0

)

2m =

(m

0

)+ · · ·+

(m

n

)+ · · ·+

(m

m

)

c =

(m

n

)⇐⇒ ∃upq{(1 + u)m = pun+1 + cun + q ∧

c < u ∧ q < un−1 ∧ u > 2m}

Page 49: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Биномиальные коэффициенты

(1 + u)m =

(m

m

)um +

(m

m − 1

)um−1 +

(m

m − 2

)um−2+

+ · · ·+(m

n

)un + · · ·+

(m

1

)u +

(m

0

)

2m =

(m

0

)+ · · ·+

(m

n

)+ · · ·+

(m

m

)

c =

(m

n

)⇐⇒ ∃upq{(1 + u)m = pun+1 + cun + q ∧

c < u ∧ q < un−1 ∧ u > 2m}

Page 50: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Гипотеза Martin’a Davis’а (=DPRM-теорема)Гипотеза M. Davis’а (DPRM-теорема). Каждоеперечислимое множество является диофантовым.

Теорема (Davis-Putnam-Robinson [1961]). Каждоеперечислимое множество M имеет экспоненциальнодиофантово представление

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒⇐⇒ ∃x1 . . . xm{EL(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm) =

= ER(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm)}

a = bc ⇐⇒ ∃x1 . . . xm{P(a, b, c , x1, . . . , xm) = 0}

Page 51: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Гипотеза Martin’a Davis’а (=DPRM-теорема)Гипотеза M. Davis’а (DPRM-теорема). Каждоеперечислимое множество является диофантовым.

Теорема (Davis-Putnam-Robinson [1961]). Каждоеперечислимое множество M имеет экспоненциальнодиофантово представление

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒⇐⇒ ∃x1 . . . xm{EL(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm) =

= ER(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm)}

a = bc ⇐⇒ ∃x1 . . . xm{P(a, b, c , x1, . . . , xm) = 0}

Page 52: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Гипотеза Martin’a Davis’а (=DPRM-теорема)Гипотеза M. Davis’а (DPRM-теорема). Каждоеперечислимое множество является диофантовым.

Теорема (Davis-Putnam-Robinson [1961]). Каждоеперечислимое множество M имеет экспоненциальнодиофантово представление

〈a1, . . . , an〉 ∈M⇐⇒⇐⇒ ∃x1 . . . xm{EL(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm) =

= ER(a1, . . . , an, x1, x2, . . . , xm)}

a = bc ⇐⇒ ∃x1 . . . xm{P(a, b, c , x1, . . . , xm) = 0}

Page 53: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

βb(0) = 1 βb(n + 1) = bβb(n)

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

0 < 1 < αb(2) < · · · < αb(n) < αb(n + 1) < . . .

Page 54: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

βb(0) = 1 βb(n + 1) = bβb(n)

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

0 < 1 < αb(2) < · · · < αb(n) < αb(n + 1) < . . .

Page 55: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

βb(0) = 1 βb(n + 1) = bβb(n)

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

0 < 1 < αb(2) < · · · < αb(n) < αb(n + 1) < . . .

Page 56: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 57: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 58: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 59: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 60: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 61: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Рекуррентные последовательности второго порядка

α2(0), α2(1), . . . , α2(n), . . .

0, 1, 2, 3, 4, 5, . . .

α2(n + 2) = 2α2(n + 1)− α2(n)

= 2(n + 1)− n

= n + 2

Page 62: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантовость последовательности αb(k)

Основная лемма. Существует многочлен Q(x , b, k , x1, . . . , xm)такой что

b ≥ 4 & x = αb(k)⇐⇒ ∃x1 . . . xm{Q(x , b, k, x1, . . . , xm) = 0}

Page 63: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантовость последовательности αb(k)

Основная лемма. Существует многочлен Q(x , b, k , x1, . . . , xm)такой что

b ≥ 4 & x = αb(k)⇐⇒ ∃x1 . . . xm{Q(x , b, k, x1, . . . , xm) = 0}

Page 64: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Скорость роста

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

(b − 1)αb(n + 1) ≤ αb(n + 2) ≤ bαb(n + 1)

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

Page 65: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Скорость роста

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

(b − 1)αb(n + 1) ≤ αb(n + 2) ≤ bαb(n + 1)

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

Page 66: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Скорость роста

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n+2) = bαb(n+1)−αb(n) b ≥ 2

(b − 1)αb(n + 1) ≤ αb(n + 2) ≤ bαb(n + 1)

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

Page 67: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 68: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 69: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 70: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 71: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 72: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn

bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(b − 1)n ≤ αb(n + 1) ≤ bn ≤ αb+1(n + 1) ≤ (b + 1)n

(bd − 1)n ≤ αbd(n + 1) ≤ (bd)n ≤ αbd+1(n + 1) ≤ (bd + 1)n

(d − 1)n ≤ αd(n + 1) ≤ dn ≤ αd+1(n + 1) ≤ (d + 1)n

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

Page 73: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

a = bn ⇐⇒

⇐⇒ ∃d{αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ a ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)+

12

}

Page 74: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

От α к β

(bd − 1d + 1

)n

≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ bn ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤(bd + 1d − 1

)n

a = bn ⇐⇒

⇐⇒ ∃d{αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)≤ a ≤ αbd+1(n + 1)

αd(n + 1)≤ αbd(n + 1)

αd+1(n + 1)+

12

}

Page 75: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)Ab(n) = Ψn

Page 76: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)Ab(n) = Ψn

Page 77: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)Ab(n) = Ψn

Page 78: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)

Ab(n) = Ψn

Page 79: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)

Ab(n) = Ψn

Page 80: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Матричное представление

αb(0) = 0 αb(1) = 1 αb(n + 2) = bαb(n + 1)− αb(n)

Ab(n) =

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)

Ab(n + 1) = Ab(n)Ψb

Ψb =

(b −11 0

)Ab(n) = Ψn

Page 81: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 82: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 83: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 84: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 85: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 86: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 87: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 88: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 89: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнение

det(Ab(n)) = α2b(n)− αb(n + 1)αb(n − 1)

= α2b(n + 1)− bαb(n + 1)αb(n) + α2

b(n)

= α2b(n − 1)− bαb(n − 1)αb(n) + α2

b(n)

= det(Ψnb)

= (det Ψb)n

= 1

x2 − bxy + y2 = 1

{x = αb(n + 1)y = αb(n)

{x = αb(n − 1)y = αb(n)

Page 90: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнениеЛемма. Если x2− bxy + y2 = 1, то найдется число n такое, что{

x = αb(n + 1)y = αb(n)

или же{x = αb(n)y = αb(n + 1)

Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Page 91: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Характеристическое уравнениеЛемма. Если x2− bxy + y2 = 1, то найдется число n такое, что{

x = αb(n + 1)y = αb(n)

или же{x = αb(n)y = αb(n + 1)

Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Page 92: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y = 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

x2 = 1, следовательно x = 1. Полагая n = 0, имеем

x = 1 = αb(1) = αb(n + 1)

y = 0 = αb(0) = αb(n)

Page 93: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y = 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

x2 = 1

, следовательно x = 1. Полагая n = 0, имеем

x = 1 = αb(1) = αb(n + 1)

y = 0 = αb(0) = αb(n)

Page 94: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y = 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

x2 = 1, следовательно x = 1.

Полагая n = 0, имеем

x = 1 = αb(1) = αb(n + 1)

y = 0 = αb(0) = αb(n)

Page 95: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y = 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

x2 = 1, следовательно x = 1. Полагая n = 0, имеем

x = 1 = αb(1) = αb(n + 1)

y = 0 = αb(0) = αb(n)

Page 96: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 97: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

y − 1

n − 1

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 98: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 99: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, что

by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 100: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, что

by − x = αb(n − 1),

y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 101: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, что

by − x =

αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 102: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, что

by − x =

αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 103: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, что

by − x =

αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 104: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

n − 1

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

αb(n − 1) = bαb(n)− αb(n + 1)

Page 105: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

by − x?≥ 0

x = by +1− y2

x≤ by z = by − x

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x

Page 106: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

by − x?≥ 0

x = by +1− y2

x≤ by z = by − x

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x

Page 107: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

by − x?≥ 0

x = by +1− y2

x

≤ by z = by − x

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x

Page 108: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

by − x?≥ 0

x = by +1− y2

x≤ by z = by − x

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x

Page 109: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоby − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

by − x?≥ 0

x = by +1− y2

x≤ by z = by − x

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x

Page 110: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

z?≤ y

x = by +1x− y2

x

> by − y2

y= by − y

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y

Page 111: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

z?≤ y

x = by +1x− y2

x

> by − y2

y= by − y

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y

Page 112: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

z?≤ y

x = by +1x− y2

x

> by − y2

y= by − y

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y

Page 113: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

z?≤ y

x = by +1x− y2

x

> by − y2

y= by − y

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y

Page 114: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

z?≤ y

x = by +1x− y2

x

> by − y2

y= by − y

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y

Page 115: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 116: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 117: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2

= y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 118: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 119: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 120: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 121: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1), y = αb(n), x = αb(n + 1)

y2 − byz + z2 ?= 1

y2 − byz + z2 = y2 − by(by − x) + (by − x)2

= x2 − bxy + y2

= 1

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

Page 122: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1) y = αb(n) x = αb(n + 1)

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1

По индукционному предположению существует m такое, что

y = αb(m + 1), z = αb(m)

x = by − z = bαb(m + 1)− αb(m) = αb(m + 2)

n = m + 1

Page 123: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1) y = αb(n) x = αb(n + 1)

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1По индукционному предположению существует m такое, что

y = αb(m + 1), z = αb(m)

x = by − z = bαb(m + 1)− αb(m) = αb(m + 2)

n = m + 1

Page 124: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1) y = αb(n) x = αb(n + 1)

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1По индукционному предположению существует m такое, что

y = αb(m + 1), z = αb(m)

x = by − z = bαb(m + 1)− αb(m) = αb(m + 2)

n = m + 1

Page 125: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Индукция по y : случай y > 0Лемма. Если x2 − bxy + y2 = 1 и y ≤ x , то найдется число nтакое, что x = αb(n + 1), y = αb(n).

Мы ожидаем, чтоz = by − x = αb(n − 1) y = αb(n) x = αb(n + 1)

Мы знаем, что 0 ≤ z = by − x < y , y2 − byz + z2 = 1По индукционному предположению существует m такое, что

y = αb(m + 1), z = αb(m)

x = by − z = bαb(m + 1)− αb(m) = αb(m + 2)

n = m + 1

Page 126: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантово представление множества чисел αb

Следствие леммы:

x ∈Mb ⇐⇒ x ∈ {0, 1, b, . . . , αb(n), . . . }

⇐⇒ ∃y{x2 − bxy + y2 = 1}

Требуется:

〈x , k〉 ∈ Nb ⇐⇒ x = αb(k)

⇐⇒ ?

Page 127: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантово представление множества чисел αb

Следствие леммы:

x ∈Mb ⇐⇒ x ∈ {0, 1, b, . . . , αb(n), . . . }⇐⇒ ∃y{x2 − bxy + y2 = 1}

Требуется:

〈x , k〉 ∈ Nb ⇐⇒ x = αb(k)

⇐⇒ ?

Page 128: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантово представление множества чисел αb

Следствие леммы:

x ∈Mb ⇐⇒ x ∈ {0, 1, b, . . . , αb(n), . . . }⇐⇒ ∃y{x2 − bxy + y2 = 1}

Требуется:

〈x , k〉 ∈ Nb ⇐⇒ x = αb(k)

⇐⇒ ?

Page 129: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантово представление множества чисел αb

Следствие леммы:

x ∈Mb ⇐⇒ x ∈ {0, 1, b, . . . , αb(n), . . . }⇐⇒ ∃y{x2 − bxy + y2 = 1}

Требуется:

〈x , k〉 ∈ Nb ⇐⇒ x = αb(k)

⇐⇒ ?

Page 130: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Диофантово представление множества чисел αb

Следствие леммы:

x ∈Mb ⇐⇒ x ∈ {0, 1, b, . . . , αb(n), . . . }⇐⇒ ∃y{x2 − bxy + y2 = 1}

Требуется:

〈x , k〉 ∈ Nb ⇐⇒ x = αb(k)

⇐⇒ ?

Page 131: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 132: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 133: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)

= Ψmb

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 134: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 135: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 136: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 137: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 138: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

Доказательство.

m = n + k`, 0 ≤ n < k

Ab(m) =

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ψm

b

= Ψn+k`b

= Ψnb(Ψk

b)`

= Ab(n)A`b(k)

=

(αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

Page 139: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)≡(

αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) 0

0 −αb(k − 1)

)`(mod αb(k))

αb(m) ≡ αb(n)α`b(k + 1) (mod αb(k))

αb(k) | αb(n)

m = n + k`, 0 ≤ n < k

n = 0 m = k`

Page 140: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)≡(

αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) 0

0 −αb(k − 1)

)`(mod αb(k))

αb(m) ≡ αb(n)α`b(k + 1) (mod αb(k))

αb(k) | αb(n)

m = n + k`, 0 ≤ n < k

n = 0 m = k`

Page 141: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)≡(

αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) 0

0 −αb(k − 1)

)`(mod αb(k))

αb(m) ≡ αb(n)α`b(k + 1) (mod αb(k))

αb(k) | αb(n)

m = n + k`, 0 ≤ n < k

n = 0 m = k`

Page 142: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)≡(

αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) 0

0 −αb(k − 1)

)`(mod αb(k))

αb(m) ≡ αb(n)α`b(k + 1) (mod αb(k))

αb(k) | αb(n)

m = n + k`, 0 ≤ n < k

n = 0 m = k`

Page 143: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)≡(

αb(n + 1) −αb(n)αb(n) −αb(n − 1)

)(αb(k + 1) 0

0 −αb(k − 1)

)`(mod αb(k))

αb(m) ≡ αb(n)α`b(k + 1) (mod αb(k))

αb(k) | αb(n)

m = n + k`, 0 ≤ n < k

n = 0 m = k`

Page 144: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 145: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`

=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 146: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`

=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 147: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`

= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 148: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 149: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 150: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

m = k`

Ab(m) = A`b(k)

=

(αb(k + 1) −αb(k)αb(k) −αb(k − 1)

)`=

(bαb(k)− αb(k − 1) −αb(k)

αb(k) −αb(k − 1)

)`=

[αb(k)

(b −11 0

)− αb(k − 1)

(1 00 1

)]`= [αb(k)Ψb − αb(k − 1)E ]`

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

Page 151: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)=

Ab(m)

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

≡ (−1)`α`b(k − 1)E + (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)Ψb (mod α2

b(k))

= (−1)`α`b(k − 1)

(1 00 1

)+

+(−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)

(b −11 0

)(mod α2

b(k))

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

Page 152: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ab(m)

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

≡ (−1)`α`b(k − 1)E + (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)Ψb (mod α2

b(k))

= (−1)`α`b(k − 1)

(1 00 1

)+

+(−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)

(b −11 0

)(mod α2

b(k))

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

Page 153: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ab(m)

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

≡ (−1)`α`b(k − 1)E + (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)Ψb (mod α2

b(k))

= (−1)`α`b(k − 1)

(1 00 1

)+

+(−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)

(b −11 0

)(mod α2

b(k))

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

Page 154: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ab(m)

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

≡ (−1)`α`b(k − 1)E + (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)Ψb (mod α2

b(k))

= (−1)`α`b(k − 1)

(1 00 1

)+

+(−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)

(b −11 0

)(mod α2

b(k))

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

Page 155: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимости

(αb(m + 1) −αb(m)αb(m) −αb(m − 1)

)= Ab(m)

=∑̀i=0

(−1)`−i(`

i

)αib(k)α`−ib (k − 1)Ψi

b

≡ (−1)`α`b(k − 1)E + (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)Ψb (mod α2

b(k))

= (−1)`α`b(k − 1)

(1 00 1

)+

+(−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1)

(b −11 0

)(mod α2

b(k))

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

Page 156: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

αb(k) | `α`−1b (k − 1)

αb(k) | `

m = k`

Page 157: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

αb(k) | `α`−1b (k − 1)

αb(k) | `

m = k`

Page 158: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

αb(k) | `α`−1b (k − 1)

αb(k) | `

m = k`

Page 159: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

αb(k) | `α`−1b (k − 1)

αb(k) | `

m = k`

Page 160: 20131006 h10 lecture3_matiyasevich

Свойства делимостиЛемма. α2

b(k) | αb(m)⇒ kαb(k) | m

αb(m) ≡ (−1)`−1`αb(k)α`−1b (k − 1) (mod α2

b(k))

αb(k) | `α`−1b (k − 1)

αb(k) | `

m = k`