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平成 30 年度 東北大学 大学院理学研究科 数学専攻 入学試験問題

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Academic year: 2021

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(1)

平成 30 年度 東北大学 大学院理学研究科 数学専攻 入学試験問題

英語

平成

29

8

22

日(16時から

17

時まで)

注意事項

1)

開始の合図があるまで問題冊子を開けないこと.

2)

問題は

2

題ある.全問に解答すること.

3)

受験番号を( )内に記入すること.また,氏名は書かないこと.

4)

問題冊子は

2

ページから

3

ページまでである.

1

(2)

1

次の文章は

W. Dunham, Euler: The Master of Us All, The Mathematical Association

of America (1999)

からの抜粋である.それを読み,下の問

(1)–(3)

に答えよ.

Over two millennia ago Euclid asked, and answered, a basic question about the primes in what is one of the greatest proofs ever devised. As Proposition 20 of Book IX of the Elements, he showed that no finite collection of primes—no matter how vast—can possibly include them all. Although his argument has been reproduced countless times, it always warrants a quick reprise.

Theorem. No finite collection of primes includes them all.

(

中略

)

Euclid left the matter there, but prime numbers—their characteristics, their structure, their distribution—have been among the most studied of mathematical objects,

exhibiting a fascination as endless as the primes themselves.

(a)

For instance, consider this dichotomy among the odd primes: each is either of the form 4k + 1 or 4k 1. That is, an odd prime (indeed, any odd number) is either one more or one less than a multiple of 4.

Initially we might try to assess the relative abundance of the two types of primes.

Among the first hundred numbers, the primes in each family are:

4k + 1 : 5, 13, 17, 29, 37, 41, 53, 61, 73, 89, 97 4k 1 : 3, 7, 11, 19, 23, 31, 43, 47, 59, 67, 71, 79, 83.

Among the next hundred, we have:

4k + 1 : 101, 109, 113, 137, 149, 157, 173, 181, 193, 197 4k 1 : 103, 107, 127, 131, 139, 151, 163, 167, 179, 191, 199.

Patterns here are not conspicuous, but from these scanty data one is tempted to pro- pose that, in any string of whole numbers starting from 1, there are slightly more 4k 1 primes than their 4k +1 counterparts. In other words, one might surmise that, no matter the size of n, the 4k 1 primes are in the majority among the numbers 1, 2, 3, . . . , n.

This conjecture

(b)

is false. The 4k + 1 primes eventually overtake the 4k 1 primes, but (strangely) this does not happen until we consider the very long string 1, 2, 3, . . . , 26861.

Only then does the balance finally tip in favor of the 4k + 1 type. Soon thereafter it tips back—and then back again. The twentieth century mathematician J. E. Littlewood (1885–1977) showed that the majority status changes hands infinitely often as we march through the positive integers. It is like a two-horse race in which neither thoroughbred can maintain the lead.

Long before Littlewood, mathematicians had raised the question of the overall abun- dance of the two types of primes. Because there are infinitely many primes, it is clear that at least one of the two families must itself be infinite. With an argument modeled upon Euclid’s, we prove:

Theorem. There are infinitey many 4k 1 primes.

(

中略

)

2

    著作権上の制約により公開していません。 

(3)

And what of the abundance of the 4k + 1 primes? The preceding theorem does not allow us to conclude anything in this direction. True, we know there are infinitely many primes altogether, and infinitely many of them are of the 4k 1 variety, but this is logically insufficient to determine the finitude or infinitude of the other type.

The fact that there are infinitely many of the 4k + 1 primes—although true—turned out to be much more difficult to prove.

(c)

(1)

下線部

(a)

を和訳せよ.

(2)

下線部

(b)

This conjecture

とは何か答えよ

. (3)

下線部

(c)

を和訳せよ.

2

次の文章を英訳せよ.

(1)

数列

{ a

n

}

n=0は,ある実数

M

があって,全ての

n

に対して

a

n

M

であるとき,

上に有界であるという.

(2)

実数を成分にもつ可逆な

n × n

行列全体のなす集合は

,

行列の積により群をなす

.

行列の積は結合的であり

, n × n

単位行列は単位元の役割を果たす

.

3

    著作権上の制約により公開していません。 

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