ทฤษฎีบทมูลฐานของเลขคณิต

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี


ทฤษฎีบทมูลฐานของเลขคณิต เป็นบทความเกี่ยวกับ คณิตศาสตร์ ที่ยังไม่สมบูรณ์ ต้องการตรวจสอบ เพิ่มเนื้อหา หรือเพิ่มแหล่งอ้างอิง คุณสามารถช่วยเพิ่มเติมหรือแก้ไข เพื่อให้สมบูรณ์มากขึ้น
ข้อมูลเกี่ยวกับ ทฤษฎีบทมูลฐานของเลขคณิต ในภาษาอื่น อาจสามารถหาอ่านได้จากเมนู ภาษาอื่น ด้านซ้ายมือ

ในคณิตศาสตร์และทฤษฎีจำนวน ทฤษฎีบทมูลฐานของเลขคณิต (fundamental theorem of arithmetic) หรือ ทฤษฎีบทการแยกตัวประกอบได้อย่างเดียว (unique factorization theorem) คือประโยคซึ่งกล่าวว่า จำนวนเต็มบวกทุกจำนวนที่มากกว่า 1 สามารถเขียนอยู่ในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้วิธีเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เราสามารถเขียน

6936 = 23 · 3 · 172   หรือ   1200 = 24 · 3 · 52

และไม่มีทางที่จะแยกตัวประกอบของ 6936 หรือ 1200 ได้เป็นอย่างอื่น ถ้าเราไม่สนใจลำดับของตัวประกอบ

เพื่อที่จะให้ทฤษบทนี้ใช้ได้กับจำนวน 1 เราจะถือว่า 1 เป็นผลคูณของของจำนวนเฉพาะศูนย์จำนวน (ดูใน ผลคูณว่าง)

[แก้] การประยุกต์

(รอเพิ่มเติมเนื้อหา)

[แก้] การพิสูจน์

การพิสูจน์จะประกอบด้วย 2 ส่วน ส่วนแรก เราจะพิสูจน์ให้เห็นว่าจำนวนทุกจำนวน สามารถเขียนอยู่ในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้ จากนั้นจะพิสูจน์ว่าการเขียน 2 แบบใด ๆ จะเหมือนกันเสมอ

สมมติว่ามีจำนวนเต็มบวก ที่ไม่สามารถเขียนในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้ ดังนั้น จะต้องมีจำนวนที่น้อยสุดในจำนวนพวกนั้น ให้จำนวนนั้นคือ n ดังนั้น n ไม่สามารถเป็น 1 ได้เพราะว่าจะขัดแย้งกับสมมติฐานข้างต้น และ n ไม่สามารถเป็นจำนวนเฉพาะได้เพราะจำนวนเฉพาะคือผลคูณของจำนวนเฉพาะตัวเดียว ดังนั้น n จะต้องเป็นจำนวนประกอบ จะได้

n = ab

เมื่อ a และ b เป็นจำนวนเต็มบวกที่น้อยกว่า n แต่ n เป็นจำนวนที่น้อยที่สุดที่ทำให้ทฤษฎีบทผิด ดังนั้น a และ b ต้องเขียนในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้ ทำให้ n = ab เขียนในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้ เกิดข้อขัดแย้ง

ในส่วนของการพิสูจน์ว่า จำนวนทุกจำนวนสามารถเขียนในรูปผลคูณของจำนวนเฉพาะได้แบบเดียว เราจะใช้ข้อเท็จจริงว่า ถ้าจำนวนเฉพาะ p หารผลคูณ ab ลงตัวแล้ว มันจะหาร a ลงตัว หรือหาร b ลงตัว เป็นบทตั้งในการพิสูจน์ ถ้า p หาร a ไม่ลงตัวแล้ว p และ a จะเป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์ จากเอกลักษณ์Bézout's จะได้ว่ามีจำนวนเต็ม x และ y ที่ทำให้

px + ay = 1

คูณทั้งสองข้างด้วย b จะได้

pbx + aby = b

เนื่องจากฝั่งซ้ายมือหารด้วย p ลงตัว ดังนั้นฝั่งขวามือจึงหารด้วย p ลงตัวด้วย เป็นการพิสูจน์บทตั้ง

จากนั้น นำผลคูณของจำนวนเฉพาะที่เท่ากันมา 2 ผลคูณ ให้ p เป็นจำนวนเฉพาะในผลคูณแรก p จะหารผลคูณแรกลงตัว และจะหารผลคูณที่สองลงตัวด้วย จากข้อเท็จจริงข้างต้น p จะต้องหารตัวประกอบในผลคูณที่สองลงตัวอย่างน้อย 1 ตัว แต่ตัวประกอบเป็นจำนวนเฉพาะทั้งหมด ดังนั้น p จะต้องเท่ากับตัวประกอบตัวใดตัวหนึ่งของผลคูณที่สอง ดังนั้น เราจึงตัด p ออกจากทั้งสองผลคูณได้ และทำซ้ำอย่างนี้ไปเรื่อยๆ จะเห็นว่าตัวประกอบเฉพาะของผลคูณสองผลคูณจะจับคู่กันเสมอ

[แก้] ดูเพิ่ม

  • อัลกอริทึมในการแยกตัวประกอบ