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Teorema Fundamental da Aritmética

1801
  • Carl Friedrich Gauss
Sala de estudos com livros e quadro-negro ilustrando o Teorema Fundamental da Aritmética na teoria dos números.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Este teorema afirma que todo número inteiro maior que 1 é primo ou pode ser representado de forma única como um produto de números primos, independentemente da ordem dos fatores. Por exemplo, [latex]1200 = 2^4 times 3^1 times 5^2[/latex]. Esta representação única fatoração É um pilar da teoria dos números, fornecendo uma estrutura multiplicativa fundamental para os números inteiros.

O Teorema Fundamental da Aritmética, também chamado de teorema da fatoração única, consiste em duas afirmações principais para qualquer inteiro n > 1: primeiro, que n pode ser escrito como um produto de números primos (a parte da existência) e, segundo, que esse produto é único, exceto pela ordem dos fatores (a parte da unicidade). A existência de uma fatoração em números primos é tipicamente provada usando indução forte. O caso base é que 2 é primo. Para o passo indutivo, assuma que todo inteiro até k possui uma fatoração em números primos. Para k+1, ela é ou prima (e a prova está concluída) ou composta. Se for composta, pode ser escrita como um produto de dois inteiros menores, a × b. Pela hipótese de indução, tanto [latex]a[/latex] quanto [latex]b[/latex] têm fatorações primas, e seu produto dá uma fatoração prima para [latex]k+1[/latex].

A questão da unicidade é mais sutil e depende criticamente do Lema de Euclides, que afirma que se um primo p divide um produto ab, então p deve dividir a ou b. Para provar a unicidade, suponha que um inteiro n tenha duas fatorações em primos diferentes: n = p₁ p₂ ... pₖ = q₁ q₂ ... qₘ. O primo p₁ divide o lado esquerdo, então ele deve dividir o lado direito. Pelo Lema de Euclides, p₁ deve dividir um dos qⱼ. Como todos os [latex]q_j[/latex] são primos, [latex]p_1[/latex] deve ser igual a algum [latex]q_j[/latex]. Podemos então cancelar esses termos de ambos os lados e repetir o processo, mostrando, por fim, que as duas fatorações devem ser idênticas. Embora elementos deste teorema tenham aparecido nos *Elementos* de Euclides (c. 300 a.C.), Carl Friedrich Gauss forneceu o primeiro enunciado claro e a primeira demonstração rigorosa em sua obra *Disquisitiones Arithmeticae*, de 1801, solidificando seu papel fundamental na teoria dos números.

UNESCO Nomenclature: 1101
Matemática pura

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • A demonstração de Euclides da infinitude dos números primos
  • Lema de Euclides
  • O conceito de números primos e divisibilidade na matemática da Grécia Antiga.
  • Desenvolvimento da indução matemática como técnica de demonstração

Aplicações

  • cryptography (e.g., RSA algorithm)
  • algoritmos para encontrar o máximo divisor comum (MDC)
  • resolvendo equações diofantinas
  • desenvolvimento da álgebra abstrata
  • algoritmos de ciência da computação para fatoração de inteiros

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Related to: fundamental theorem of arithmetic, prime factorization, unique factorization, number theory, integer, prime number, Euclid, Gauss, canonical representation, multiplicative structure.

Contexto histórico

Teorema Fundamental da Aritmética

1585
1779
1799
1801
1850
1875
1897
-550
1750
1790
1800
1844
1874
1893
1900

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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