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MATH0034 Exam 2021

Section A

1.   (a) Find all solutions to the congruence x3 + x + 5 = 0  mod 35.

(b) Let p e N, p = 1  mod 40.  Explain why 2 and 5 cannot be primitive roots mod p.

(c) Let ζ22  = e2πi/22 . Compute the product

(2 - ζ2(a)2 ).

1_a<22, hcf(a,22)=1

2.   (a)   (i)  Compute the Legendre Symbol / . State clearly all the properties pre- sented in the lecture notes that you are using.

(ii)  Show that if x, y  e Z satisfy the congruence 26x2   = y2    mod 97, then 26x2  = y2    mod 972 .

(b) For which primes p e N does the congruence x2  = 15  mod p have solutions? Your answer should be given in terms of congruences mod 60.

3.   (a) Let f (x) = x7 + 200x4 + x3 + 9x + 32. Remark that f (1) = 0  mod 3. Find a solution to the congruence

f (x) = 0   mod 36 .

(b)   (i) Using the fact that log(1 + 3x) converges 3-adically for all x e Z(3) , solve the congruence

28x  = 55   mod 37 .

(ii)  Solve the congruence

x28  = 55   mod 37 .

4.   (a)   (i) Determine the value of the continued fraction [5; 5, 10].            (ii) Find two solutions (x, y) in positive integers to Pell’s equation

x2 - 27y2  = 1.

(b) Find a solution x, y e Z to the diophantine equation

x2 + yx + y2  = 403.

Section B

1.   (a) Let P (x) e Z[x] be a monic polynomial of degree at least 1.

(i) Let M e Z such that P (M) = A  0. Show that      Q(x) = A>1P (M + Ax) e Z[x].

(ii) Use the remark in the previous part to show that there are infinitely many primes dividing the integers

P (1), P (2), . . . , P (m), . . . .

(b) Let a e Z, d e N.

(i)  Consider the dth  cyclotomic polynomial, Φd (x).  Show that if p is an odd prime dividing Φd (a) then either pld or p = 1  mod d.

(ii) Use part (a) to show that there are infinitely many primes congruent to 1 mod d in Z.

2.   (a) Let

αn  = 2 +  +  + .... +  .

Show that the 2-adic valuation of αn , v2 (αn ), satisfies the inequality

v2 (αn ) > t1 (t - v2 (t)).

(b)  Show that the value of the convergent series

1  

23k

k=1

is an irrational number.