martes, 24 de septiembre de 2013

Congruencias

Congruencia es un término usado en la teoría de números, para designar que dos números enteros a\,\textstyle\text{y}\displaystyle\,b tienen el mismo resto al dividirlos por un número natural m\, \ne\, 0, llamado el módulo; esto se expresa utilizando la notación
 a \equiv b \pmod m
que se expresa diciendo que a\, es congruente con b\, módulo m\,. Las siguientes expresiones son equivalentes:
  • a\, es congruente con b\, módulo m\,
a\equiv b\pmod m
  • El resto de a\, entre m\, es el resto de b\, entre m\,
a\; \bmod \; m = b \; \bmod \; m
m\mid a-b
  • a\, se puede escribir como la suma de b\, y un múltiplo de m\,
\exists k\in \mathbb{Z}\quad a=b+km
El término congruencia se utiliza además con dos sentidos ligeramente diferentes: por un lado con el sentido de identidad matemática, como ejemplo de este uso tenemos el pequeño teorema de Fermat que asegura que para cada primo p\, y cada entero a\, no divisible por p\, tenemos la congruencia:
a^{p-1} \equiv 1 \pmod p.
Por otro lado se utiliza en el sentido de ecuación, donde aparecen una o más incógnitas, y nos preguntamos si una congruencia tiene solución y en caso afirmativo cuáles son todas sus soluciones, por ejemplo la congruencia x^2 - 5 \equiv 0 \pmod{11}, tiene solución, y todas sus soluciones vienen dadas por x \equiv 4\pmod{11} y x\equiv 7 \pmod{11}, es decir x\, puede ser cualquier entero de las sucesiones 11k+4\, y 11k+7\,. Contrariamente la congruencia x^2-2 \equiv 0  \pmod{11}, no tiene solución.
La notación y la relación terminología fueron introducidas por Carl Friedrich Gauss en su libro Disquisitiones Arithmeticae en 1801. Su utilización se ha extendido a muchos otros entornos en los que podemos hablar de divisibilidad, por ejemplo a polinomios con coeficientes en un cuerpo, aideales de anillos de números algebraicos, etc.