Test: clasele de resturi modulo n
Disciplina: Matematică · Clasa a XII-a · Unitatea: Legi de compoziție
Pentru părinți și profesori
Acest test verifică prima structură concretă și finită a anului: mulțimea a claselor de resturi modulo , cu cele două operații ale ei. Sunt evaluate cinci lucruri. Primul: noțiunea de clasă de resturi ca mulțime de numere întregi, criteriul de egalitate și reducerea corectă la reprezentantul standard, inclusiv pentru numere negative — locul în care se pierd cele mai multe puncte, pentru că restul din teorema împărțirii cu rest este întotdeauna nenegativ. Al doilea: adunarea și înmulțirea claselor, cu buna lor definire, care se demonstrează, nu se presupune. Al treilea: proprietățile care se transportă din (asociativitate, comutativitate, element neutru, distributivitate) și cele două care nu se transportă: un produs de clase nenule poate fi clasa nulă, iar simplificarea printr-un factor comun nu este permisă. Al patrulea: elementele inversabile, cu criteriul , mulțimea și cazul special prim. Al cincilea: ecuațiile de forma , rezolvate prin înmulțire cu inversul sau prin verificarea celor clase, cu discuția numărului de soluții — inclusiv cazul, foarte instructiv, în care nu există nicio soluție.
- Punctaj total: 100 de puncte (90 de puncte din itemi + 10 puncte din oficiu).
- Timp recomandat: 50 de minute (o oră de curs); la itemii cu justificare se cer toate etapele scrise, nu doar rezultatul final.
- Cum se aplică: elevul lucrează individual, pe foaie, fără calculator. Fiecare rezultat se scrie cu reprezentantul standard, adică sub forma cu , iar fiecare soluție de ecuație se verifică în ecuația inițială. Se depunctează: restul negativ la reducerea unei clase; „împărțirea" ambilor membri printr-o clasă, gest care nu are sens în ; înmulțirea cu inversul fără justificarea prealabilă ; oprirea după prima soluție găsită atunci când coeficientul nu este inversabil; scrierea claselor cu bară, , în locul notației cerute, .
- Interpretare: 90–100 p = foarte bine; 75–89 p = bine; 60–74 p = satisfăcător; sub 60 p = se recomandă reluarea lecțiilor despre clasele de resturi, cu accent pe criteriul de inversabilitate și pe discuția numărului de soluții.
- Formule de reținut: clasa de resturi este , iar are exact elemente; dacă și numai dacă . Operațiile sunt ambele bine definite; adunarea are elementul neutru și opusul , înmulțirea are elementul neutru , iar înmulțirea este distributivă față de adunare. Clasa este inversabilă în dacă și numai dacă , iar ; când este prim, toate cele clase nenule sunt inversabile. Pentru ecuația se calculează : dacă , soluția este unică, ; dacă , ecuația are soluții exact când , iar atunci are exact soluții.
Notă: în barem, cuvântul „itemul" este folosit ca termen de evaluare; la clasă, în vorbirea curentă, spunem „exercițiul".
Itemi
Partea I – Clase de resturi: recunoaștere și calcul
Itemul 1 (6 puncte)
Alege litera corespunzătoare răspunsului corect (câte 2 puncte):
a) În , clasa numărului este: A. ; B. ; C. ; D. .
b) Numărul elementelor mulțimii este: A. ; B. ; C. ; D. .
c) În , opusul clasei este: A. ; B. ; C. ; D. .
Itemul 2 (6 puncte)
Calculează în , scriind rezultatul cu reprezentantul standard (câte 2 puncte): a) ; b) ; c) .
Itemul 3 (6 puncte)
a) Determină clasa numărului și clasa numărului în , scriind de fiecare dată împărțirea cu rest. (3 p) b) Determină toate valorile lui pentru care are loc egalitatea în . (3 p)
Itemul 4 (6 puncte)
a) Determină mulțimea a claselor inversabile din . (3 p) b) Determină inversul clasei în și verifică rezultatul. (3 p)
Itemul 5 (6 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt (câte 2 puncte): a) „În , clasa este inversabilă." b) „În , orice clasă nenulă este inversabilă." c) „Ecuația are soluții în ."
Partea a II-a – Tabla, ecuații și puteri
Itemul 6 (8 puncte)
Fie mulțimea claselor nenule din , cu înmulțirea claselor. a) Scrie tabla înmulțirii pe și arată că este parte stabilă a lui în raport cu înmulțirea. (5 p) b) Citește din tablă elementul neutru și inversul fiecărei clase. (3 p)
Itemul 7 (8 puncte)
Rezolvă în ecuațiile de mai jos, precizând de fiecare dată metoda aleasă și numărul de soluții: a) ; (4 p) b) . (4 p)
Itemul 8 (8 puncte)
a) Determină restul împărțirii numărului la . (4 p) b) Arată că, pentru orice număr întreg , numărul nu se divide cu . (4 p)
Itemul 9 (8 puncte)
Se lucrează în . a) Determină toate clasele nenule pentru care . (3 p) b) Arată, cu un exemplu, că simplificarea prin nu este permisă în . (3 p) c) Verifică distributivitatea calculând pe cele două căi. (2 p)
Partea a III-a – Sinteză și item de tip examen
Itemul 10 (10 puncte)
Se lucrează în . a) Determină și numărul elementelor ei. (3 p) b) Rezolvă ecuația . (4 p) c) Arată că ecuația nu are soluții. (3 p)
Itemul 11 (8 puncte)
a) Demonstrează că înmulțirea claselor de resturi este bine definită: dacă și , atunci . (4 p) b) Arată că, pentru orice , clasa este inversabilă în și este propriul ei invers. (4 p)
Itemul 12 (10 puncte)
(Item de tip Bacalaureat M1, Subiectul al II-lea.) Se consideră mulțimea a claselor de resturi modulo . a) Determinați și inversul clasei . (3 p) b) Rezolvați în ecuația . (3 p) c) Precizați, fără a le calcula, numărul soluțiilor ecuației în , apoi rezolvați ecuația. (4 p)
Barem și răspunsuri
Punctaj total: 90 p din itemi + 10 p din oficiu = 100 p.
Itemul 1. (6 p)
a) B. (2 p) Împărțirea cu rest: , cu , deci . Restul trebuie să fie nenegativ, deci nu dă clasa.
b) B. (2 p) Sunt inversabile clasele ai căror reprezentanți sunt primi cu , adică — șase clase.
c) B. (2 p) Opusul lui este , deci ; verificare: .
Itemul 2. (6 p) — câte 2 puncte.
a) , pentru că (2 p).
b) , pentru că (2 p).
c) , pentru că (2 p). (Mai scurt: , deci pătratul este .)
Itemul 3. (6 p)
a) (3 p) , cu , deci (1,5 p). , cu , deci (1,5 p).
b) (3 p) Criteriul de egalitate a claselor cere , adică (1,5 p). Divizorii lui mai mari sau egali cu sunt (1,5 p).
Itemul 4. (6 p)
a) (3 p) Cum , sunt prime cu exact numerele care nu sunt divizibile nici cu , nici cu (1 p). Dintre rămân (2 p).
b) (3 p) Cum , inversul există (0,5 p). Căutăm primul număr de forma divizibil cu : , , (1,5 p). Deci (0,5 p). Verificare: , deci ✓ (0,5 p)
Itemul 5. (6 p) — câte 2 puncte (0,5 p verdictul, 1,5 p justificarea).
a) F. (0,5 p) Criteriul de inversabilitate cere , dar , deci nu este inversabilă în (1,5 p).
b) A. (0,5 p) Numărul este prim, deci pentru orice cu avem ; prin urmare toate cele clase nenule sunt inversabile (1,5 p).
c) F. (0,5 p) Aici , iar ecuația are soluții numai când ; cum , mulțimea soluțiilor este vidă (1,5 p).
Itemul 6. (8 p)
a) (5 p) Calculăm resturile produselor la împărțirea cu ; de pildă , , (1 p).
(3 p) — câte p pentru fiecare linie completată corect. Clasa nu apare în niciuna dintre cele de căsuțe, pentru că este prim; prin urmare toate valorile sunt în și este parte stabilă (1 p).
b) (3 p) Linia lui reproduce antetul de sus, iar coloana lui reproduce antetul din stânga, deci elementul neutru este (1 p). Căutând pe fiecare linie obținem (2 p):
Itemul 7. (8 p)
a) (4 p) Izolăm termenul cu necunoscuta, adunând opusul lui : (1 p). Cum , clasa este inversabilă, cu (itemul 4), deci metoda inversului dă soluție unică (1 p): pentru că (1,5 p). Verificare: ✓ (0,5 p)
b) (4 p) Aici , deci nu este inversabilă și se folosește verificarea claselor; cum , ecuația are soluții, și anume exact (1,5 p). Produsele sunt, pentru : deci soluțiile sunt (2 p). Verificare pentru una dintre ele: , pentru că ✓ (0,5 p)
Itemul 8. (8 p)
a) (4 p) Lucrăm în și calculăm puterile clasei până când reapare (0,5 p): (1,5 p). Perioada este deci . Împărțim exponentul: (1 p), de unde Restul căutat este (1 p).
b) (4 p) Divizibilitatea cu înseamnă că clasa numărului este în , deci e destul să verificăm cele cinci clase (1 p). Pentru obținem, pe rând, (2,5 p) — de pildă, pentru : . Clasa nu apare niciodată, deci pentru orice (0,5 p).
Itemul 9. (8 p)
a) (3 p) Condiția înseamnă , adică (1,5 p). Pentru rămân și , deci singura clasă nenulă este (1,5 p). Verificare: ✓
b) (3 p) Avem și (2 p), deci , deși ; prin urmare din egalitatea produselor nu se poate „simplifica" factorul (1 p).
c) (2 p) Prima cale: , apoi (1 p). A doua cale: și , iar (1 p). Cele două rezultate coincid, așa cum garantează distributivitatea.
Itemul 10. (10 p)
a) (3 p) Cum , sunt prime cu exact numerele care nu sunt divizibile nici cu , nici cu (1 p). Obținem adică clase (2 p).
b) (4 p) Cum , clasa este inversabilă și ecuația are soluție unică (1 p). Căutăm inversul: , deci (1,5 p). Înmulțind ambii membri cu obținem pentru că (1 p). Verificare: , iar , deci rezultatul este ✓ (0,5 p)
c) (3 p) Calculăm (1 p). Ecuația are soluții numai dacă (1 p); cum , ecuația nu are nicio soluție în (1 p).
Itemul 11. (8 p)
a) (4 p) Ipotezele și înseamnă, prin criteriul de egalitate a claselor, că și , deci există cu și (1 p). Adunăm și scădem același termen, ca să punem în evidență cele două diferențe (0,5 p): (2 p). Cum , rezultă , adică (0,5 p).
b) (4 p) Cum și sunt numere naturale consecutive, avem , deci clasa este inversabilă (1,5 p). Pentru a găsi inversul, calculăm deci , adică (2 p). Prin urmare este propriul ei invers (0,5 p). Control: în , , exact rezultatul de la itemul 2c.
Itemul 12. (10 p)
a) (3 p) Cum , sunt prime cu clasele impare care nu sunt multipli de (0,5 p), deci (1,5 p). Pentru inversul lui căutăm primul număr de forma divizibil cu : , , , , , , , deci (1 p).
b) (3 p) Izolăm: (1 p). Clasa este inversabilă, deci înmulțim cu (0,5 p): pentru că (1 p). Verificare: , iar ✓ (0,5 p)
c) (4 p) Calculăm ; cum , ecuația are soluții și numărul lor este exact (1,5 p). Le găsim verificând clasele: produsele sunt, pentru , deci soluțiile sunt și (2 p). Verificare: ✓ și ✓, pentru că (0,5 p)
