Научная статья на тему 'Кусочно-аффинные подстановки конечных полей'

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
207
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
КОНЕЧНЫЕ ПОЛЯ / КУСОЧНО-ЛИНЕЙНЫЕ ПОДСТАНОВКИ / КУСОЧНО-АФФИННЫЕ ПОДСТАНОВКИ / ЛИНЕЙНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА / FINITE FIELD / PIECEWISE-LINEAR PERMUTATIONS / PIECEWISE-AFFINE PERMUTATIONS / LINEAR CHARACTERISTIC OF PERMUTATIONS

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Бугров Алексей Дмитриевич

Определяется множество d-разбиений конечного поля GF(q). При d = 2 и d = = (q 1)/2 оно полностью описано; при d < \/q 1 выводится гипотеза о его строении. Приводится критерий на d-разбиение. Определяются кусочно-аффинные подстановки конечных полей. Получены оценка линейной характеристики кусочно-аффинных подстановок конечных полей и точные её значения при d = 2. Описаны многочлены, представляющие кусочно-аффинные подстановки. Доказано, что при d ^ у/q 1 класс кусочно-аффинных подстановок образует всю симметрическую группу подстановок конечного поля.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Piecewise-affine permutations of finite fields

Piecewise-affine permutations (p.-a. p.) are defined on any field GF(q). They are a generalization of piecewise-linear permutations firstly introduced by A.B.Evans. Here some estimates for linear characteristics of p.-a. p. on GF(q) are given. In some cases, their exact values are pointed. Polynomials representing p.-a. p. are described. Under some conditions on л/q 1, it is proved that piecewise-affine permutations form the full symmetric group of GF(q).

Текст научной работы на тему «Кусочно-аффинные подстановки конечных полей»

ПРИКЛАДНАЯ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА

2015

Теоретические основы прикладной дискретной математики №4(30)

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИКЛАДНОЙ ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКИ

УДК 512.624

КУСОЧНО-АФФИННЫЕ ПОДСТАНОВКИ КОНЕЧНЫХ ПОЛЕЙ

А. Д. Бугров

ООО «Центр сертификационных исследований», г. Москва, Россия

Определяется множество d-разбиений конечного поля GF(q). При d = 2 и d =

= (q — 1)/2 оно полностью описано; при d < y/q — 1 выводится гипотеза о его строении. Приводится критерий на d-разбиение. Определяются кусочно-аффинные подстановки конечных полей. Получены оценка линейной характеристики кусочно-аффинных подстановок конечных полей и точные её значения при d = 2. Описаны многочлены, представляющие кусочно-аффинные подстановки. Доказано, что при d @ у/q — 1 класс кусочно-аффинных подстановок образует всю симметрическую группу подстановок конечного поля.

Ключевые слова: конечные поля, кусочно-линейные подстановки, кусочно-аффинные подстановки, линейная характеристика.

DOI 10.17223/20710410/30/1

PIECEWISE-AFFINE PERMUTATIONS OF FINITE FIELDS

A. D. Bugrov

Certification Research Center, Moscow, Russia E-mail: Bugrovalexey1@yandex.ru

Piecewise-affine permutations (p.-a. p.) are defined on any field GF(q). They are a generalization of piecewise-linear permutations firstly introduced by A. B. Evans.

Here some estimates for linear characteristics of p.-a. p. on GF(q) are given. In some cases, their exact values are pointed. Polynomials representing p.-a. p. are described. Under some conditions on л/q — 1, it is proved that piecewise-affine permutations form the full symmetric group of GF(q).

Keywords: finite field, piecewise-linear permutations, piecewise-affine permutations, linear characteristic of permutations.

Введение

В данной работе рассматривается класс кусочно-аффинных подстановок конечных полей. Он является обобщением класса кусочно-линейных подстановок, впервые предложенного А. Б. Эвансом в работе [1]. А. Е. Тришиным в [2] получены оценки и в некоторых случаях найдены точные значения линейной характеристики кусочнолинейных подстановок поля, имеющего характеристику два.

б

А. Д. Бугров

Основным результатом настоящей работы являются оценки линейной характеристики для кусочно-аффинных подстановок произвольного поля (не обязательно характеристики два). В некоторых случаях для линейной характеристики приводятся точные значения. Кроме того, указываются некоторые свойства семейства всех кусочно-аффинных подстановок, свидетельствующие о том, что этот класс существенно более широкий, чем класс кусочно-линейных подстановок.

Для того чтобы определить кусочно-аффинные подстановки, будем использовать следующие обозначения: P = GF(q) —конечное поле из q элементов; e — единица поля P; £ — примитивный элемент поля P; P* —мультипликативная группа поля P. Пусть d,l — натуральные такие, что q — 1 = dl. Тогда (£d) = H < P* —подгруппа порядка l мультипликативной группы. Обозначим через AGL(1,P) группу аффинных преобразований поля P:

AGL(1, P) = {fa,b : P ^ P 1 fa,b(x) = ax + b,a E P *,b E P}.

Введём следующее обозначение:

Ha,b = Ha + b, a,b E P.

Пусть векторы a = (a0,..., ad-i) E (P *)d и b = (b0,...,bd) E Pd+1 такие, что множества Ha.д, i E {0,... , d — 1}, попарно не пересекаются. Рассмотрим объединение

d—1

W = U Ha,,b. U {6d}.

i=0

где символ U обозначает операцию объединения непересекающихся множеств. Если W = P, то будем говорить, что упорядоченная пара векторов (a, b) задает d-разбиение (H-разбиение) поля P. Пусть Rd(P) —множество всех упорядоченных пар, задающих d-разбиения (H-разбиения) поля P:

Rd(P) =1 (a, b) = ((ao ,ai,... ,ad—i), (bo,bi,... ,bd)) E (P *)d xPd+1 : P

U Hat,bi U{bd}

i=0

Заметим, что множество Rd(P) не пусто для всех возможных d и q, так как мультипликативная группа поля P* либо сама является подгруппой H (в случае d = 1) и (e, (0, 0)) E R1(P), либо разбивается на смежные классы по подгруппе H:

P = P* U {0} = U He,0 U {0}, ((e,£,£2,...,£d—1), (0,0,...,0)) E Rd(P).

i=0

Разбиение, соответствующее паре (a, b) E Rd(P), будем называть тривиальным, если b0 = b1 = ... = bd. Пусть Rld(P) —множество всех упорядоченных пар векторов, задающих тривиальные d-разбиения:

Rld(P) = {(a, b) E Rd(P) : b0 = b1 = ... = bd}.

Заметим, что для любой пары (a, b) E Rld(P) выполняется следующее свойство: множества {H, H£,..., H£d— 1} и {Ha0, Ha1,..., Had—1} совпадают. Таким образом, Rld(P) = {(a, b) E (P *)d x (Pd+1) : b0 = b1 = ... = bd E P,as(i) = £i,s E Sd}, где

Sd — симметрическая группа подстановок множества {0,1,... , d — 1}.

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

7

Кусочно-аффинной подстановкой поля P, соответствующей парам (a, b), (c, e) E E Rd(P), будем называть отображение

Aa;b(x)

hci + ei, если x = hai + bi E Hai,bi, i E {0,..., d — 1}, ed, если x = bd.

В случае, когда b = e = (0, 0,... , 0), кусочно-аффинные подстановки будем называть кусочно-линейными.

Введённое определение кусочно-аффинной подстановки корректно (заданное отображение действительно является подстановкой), так как

d—1

a S(p ) = Aa;eb(u наг;ьг u{bd})

i=0

d—1

d—1

d— 1

u AJ;eb(H*;bi) U AJ;b(bd) = U HaU {ed} = U Hau {ed} = P.

i=0

i=0

i=0

Для обозначения подстановки А^’Ь будем также использовать запись

bd Ha0’bo Hai;bi . . . Ha

Aa,b

Lad-i;bd-i

ed Hc0’eo Hciei . . . Hcd—i

cd—bed—l

где ограничение Aab* на Ha.b., i E {0,... ,d — 1} выглядит следующим образом:

H~aг’bг

Hc. e.

сг; ег

a.iC0 + bi a£d + bi

Cii° + ei с.С d + ei ... CiCd(1 1} + e

Cd(1-1) + b

a

Заметим, что отображение ш : ((a, b), (c, e)) ^ Aab* неинъективно. Например, тождественная подстановка представляется как Aa b = ac ;e для любых (a, b), (c, e) E

E Rd(P).

Множество кусочно-аффинных подстановок, образованных d-разбиениями поля P, будем обозначать Ad(P). Справедливо равенство

Ad(P) = {Aa;eb : (a, b), (c, e) E Rd(P)}.

Множество кусочно-линейных подстановок, образованных d-разбиениями поля P, будем обозначать Ld(P). Таким образом,

Ld(P) = {Aa;b : (a, b), (c, e) E Rld(P), b = e = (0, 0,..., 0)}.

1. Некоторые свойства класса кусочно-аффинных подстановок Утверждение 1.

1) Для любых пар (a, b), (c, e), (f, g) из Rd(P) верно равенство

a ; b л c ; e

Aa bA

c ; e ; g

A

a b. f g.

2) Группа AGL(1, P) аффинных подстановок поля P вложена в множество Ad(P) так, что для любой подстановки g E AGL(1,P) и любой пары (a, b) E Rd(P) найдутся пары (c, e), (k, t) E Rd(P), такие, что g = Aab1 = A^;b.

8

А. Д. Бугров

3) Для любой кусочно-аффинной подстановки G Ad(P) и для любых аффинных преобразований k,g G AGL(1,P), где k(x) = ax + в, g(x) = уж + Л, верно равенство kA^g = AU’g, где

(u, v)=((a-1ao, a-1ai,..., a-1ad_i), (a-1bo — a-1 в, a-1bi — a-1 в,..., a-1bd — a-1 в)), (f, g) = ((yco? Ycl,..., Ycd_1), (Yeo + Л, Ye1 + Ф ..., Yed + Л)).

d—1

4) Если ф|^2 и d21(q — 1), то Adi(P) C Ad2(P).

q — 1

5) Если -—-— = l ^ 2, то для любого произвольного разбиения P = U Ri U{r}, где

d i=o

|Ri| = l, i G {0,..., d — 1}, существует пара (a, b) G Rd(P), такая, что Hai,bi = Ri, bd = r для любого i G {0,..., d — 1}.

6) Если

q—1

d

l ^ 2, то Ad(P) = S(P), где S(P) — симметрическая группа подстановок поля P.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7) Если Rd(P) = Rld(P), то Ad(P) = V+(P)Ld(P)V+(P), где V+(P) —группа сдвигов поля P.

Доказательство.

1) Пусть x G Haibi, тогда существует h G H, что x = hai + bi. По определению Aaeb(x) = hc + ei G Hci , e., следовательно, Af ’g(hc + ei) = hfi + gi. Если x = bd, то

Aa’ebAfc:e (x) = A-(ed) = gd.

2) Если g(x) = ax + в, где a G P*, в G P, то при (c, e) = ((aao,..., aad-1), (abo + + в,..., abd-1 + в, abd + в)) для любых i g {0,..., d — 1}, h G H имеем

Aa,b(hai + bi) = haia + abi + в = a(hai + bi) + в, A^bd) = abd + в,

то есть Aa’b действует на P, как и g.

Аналогично при

(c, e) = ((a-1ao,..., a-1ad_1), (a-1bo — a_1в,..., a-1 bd_1 — a_1в, a-1bd — a_1в)) для любых i G {0,..., d — 1}, h G H имеем

Aa b(hci + ei) = hai + bi = a(hc + ei) + в, A^ b(ed) = bd = aed + в.

3) Пусть F = Aa eb, тогда по п. 2 существуют пары (f, g), (u, v) G Rd(P), такие

что k = Au’b,g = Af ’g.---------— - * -t,g

i G {0,..., d — 1}, h G H

Af’e. Из п. 1 следует, что kFg = AU gV. Заметим, что для любых

kFg(k 1(aih + bi)) = g(<yh + ei), kFg(k 1(bd)) = g(ed)

следовательно,

AU gv (a 1aih + a 1bo — a 1в)

YCih + Yei + Л, A^gV (a 1bd — a 1 в) = Yed + Л.

4) Пусть H, G — подгруппы P*, такие, что |H| = l1 = (q — 1)/d1, |G| = l2 = (q — 1)/d2. Тогда l2|l1 и G < H. Группу H разобьём на смежные классы по подгруппе G:

H

d2 / di — 1

U

j=o

G£dlj.

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

9

Зададим отображение т : Rdi (P) ^ (P*)d2 х Pd2+1 таким образом, что т(a, b) = (c, e), где

(a, b) ((ao, ■ ■ ■ , adi — 1) , (bo,■ ■ ■ , ddi)) ,

(c e) = ((ao,Cdl ao,.. ■,Cd2—dl ao^ ■ ■ ^ —i,^dl adi—1,■ ■ ■,^d2~dl adi—1^

d2/di

---sr—

d.' d

bo, ■ ■ ■, bo, ■ ■ ■ ,bdl—l, bdl—l, ■ ■ ■, bdi—i, bdi))■

d2 /d1

---sr--

d2 /d1

В силу равенств

di —1 di — 1l /d2/di — 1 \ \

P = LI Haiti LI {bdi} = U U G£*j a, + bi U {bdi} =

,=o ,=o £ £ j=o J J

di —1 / d2/i — 1 \ di —1 / \

= U ( U G^jdi a, + b, U {bdi} = U ( Gai,bt U G^di a.,b. U ■■■ U G^d2-di a.,b.\ U {bdi}

,=o \ j=o / i=0 V /

имеем (c, e) e Rd2 (P).

Теперь покажем, что AU’,V = ^T(u v) e Ad2 (P) для любой кусочно-аффинной подстановки AU’V e Adi (P). Выберем любой элемент x поля P. Если он равен bdi, то

Au,v (x) = a; (U'b)(x)-

Если x = ha, + b, e Hai,bi, где h e H, i e {0, ■ ■ ■, d1 — 1}, то найдутся g e G, j e {0, ■ ■■,d2ld1 — 1}, такие, что h = g£jdi. Следовательно, ha, + b, = g£jdia, + b,. Пусть т(a, b) = (c, e), т(u, v) = (f, t). Заметим, что

c,d2/di+j C a,, f,d2/di+j £'

jd1

u,

e,d2 /di+j b,,t,d2/di+j v,

при всех i e {0, ■ ■ ■, d1 — 1}, j e {0, ■ ■ ■, d2/d1 — 1}. Тогда

AU’,V(ha, + b,) = hu, + v, = g£jdi u, + v, =

gf,d2/di+j + t,d2/di+j Af,t (gc,d2/di+j + e,d2/di+j) Af,t (g^ la, + b,) Af,t (ha, + b,)^

5) Группа AGL(1, P) 2-транзитивна, значит, для любого множества R С P из не более чем двух элементов существуют a e P*, b e P, такие, что Ha,b = R.

6) При l = 1 доказательство очевидно. Пусть l = 2. Выберем любую подстановку s e S(P), такую, что

uo u1 ■ ■ ■ uq—1

vo V1 ■■■ Vq—1

Тогда из п. 5 следует, что существуют пары (a, b), (c, e) e R2(P), такие, что Hai,bi =

= {u2,, u2,+ 1}, HCi,ei = {v2,,V2,+1}, bd = uq—1, ed = Vq—1, то есть S = A^h

7) Включение V +(P)Ld(P) V+(P) С Ad(P) следует из п. 3. Для любых A^ e Ad(P), (a, b), (c, e) e Rld(P), b = (b, b, ■ ■ ■, b), e = (e, e, ■ ■ ■, e) из п. 3 и Rd(P) = Rld(P) следует равенство

AS = kAaJ g,

где 6 = (0, 0, ■ ■ ■, 0); A^ e Ld(P); k(x) = x — b; g(x) = x + e.

10

А. Д. Бугров

Замечание 1. Из условия d =2 следует, что char P = 2, так как d\(q — 1).

Лемма 1. Пусть d =2, H = (£2), q > 5. Тогда для любого b G P* существуют а\,а2 G H и а3,а4 G Н£, такие, что а4 — а2 = а3 — а4 = b.

Доказательство. Пусть f : Pn ^ P — произвольное отображение и

N *(f (xi, ...,Xn) = b) = \{(а1, ...,ап): ах,...,ап G P *,f (ах, ...,ап) = b}\.

Если п — квадратичный характер поля P, то получим равенства

N *(x22 — x2, = b) = E N*(x2 = c1)N*(—x2 = c2) =

ci +C2=b;ci ,C2GP*

= E (1 + n(ci))(1 + n(—c2))= E [1 + n(—c2) + n(ci) + n(—cic2)} =

Ci +C2=b;ci ,C2 GP * Ci +C2 =b;ci ,C2 GP *

= q — 2+ E п(—c)+ E n(c) + п(—1)Е n(cic2) =

cG{0,b} cG{0,b} ci+C2=b;ci,C2 GP*

= q — 2+ E п^+E n(c) + п(—1)Е n(cb — c2).

cG{o,b} cG{o,b} cG{o,b}

Используя равенства п(0) = 0, ^ n(c) = 0 (свойство мультипликативных характеров)

cGP *

и Е n(cb — c2) = — п(—1) [3, теорема 5.48], имеем

cGP

N* (x2 — x2 = b) = q — 2 — п(—b) — n(b) — п(—1)п(—1) = q — 3 — n(—b) — n(b).

Легко заметить, что при q > 5 выполнено N*(xf — x2 = b) > 0, следовательно, существуют ах,а2 G Н, такие, что ах — а2 = b, для любого b G P*. Из существования

решения уравнения

xi — x2 = b, где xi, x2 G H, b G P*, следует существование решения уравнения

xx — x2 = b, где xx,x2 G Н£, b G P*,

и существование ах,а2 G H£, таких, что ах — а2 = b, b G P*. ■

Лемма 2. Пусть d =2, q > 5. Тогда для любого b G P* существуют ах G Н, а2 G Н£, такие, что ах — а2 = b.

Доказательство. Заметим, что H состоит из всех элементов, являющихся квадратами элементов из P*, а Н£ состоит из всех ненулевых элементов, не являющихся квадратами. Справедливы следующие соотношения:

N *(xl — £x2 = b)= E N *(x2 = ci)N *(x2 = —£-1c2) =

ci+C2=b;ci,C2GP *

= E (1+ n(ci))(1+ n(—£-ic2)) =

ci+C2=b;ci,C2GP *

= E [1 + П( — £-ic2)+ n(ci)+ n( — £-icic2)} =

ci+C2=b;ci,C2GP *

= q — 2 + п(—£-i) E n(c)+ E n(c) + n(—£-i) E n(cic2) =

cG{0,b} cG{0,b} ci+C2=b;ci,C2GP*

= q — 2 + п(—£-i) E n(c)+ E n(c) + n(—£-i) E n(cb — c2).

cG{o,b} cG{o,b} cG{o,b}

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

11

Используя равенства п(0) = 0, ^ г/(с) = 0 (свойство мультипликативных характеров)

ceP *

и n(cb — с2) = —п(—1) [3, теорема 5.48], имеем

ceP

N*(x2 — ^ = b) = q — 2 — П(—С-1)П(Ь) — П(ь) — П(—С-1 )П(—1) =

= q — 2 — n(b)(1 + П(—£-1)) — П(С-1).

Легко заметить, что при q > 5 выполнено N*(x2 — £ж2 = b) > 0. ■

Замечание 2. При q = 3, 5 леммы 1 и 2 неверны.

Теорема 1. Если q > 5, то R2(P) = Rl2(P).

Доказательство. Пусть (a, b) = ((а0,а1), (b0,b1,b2)) G R2(P).

1) Если Ha0 = Ha1, то b0 = b1 (в силу определения (a, b)), и для любых x G Hao,bo, y G Hai,bl выполнено

x = a0hx + b0 = aRiy + b1 = y,

где hx,hy G H. Следовательно, a0hx — a1hy = b1 — b0. Заметим, что a0hx — a1hy про-

бегает P* по лемме 1. Значит, b1 — b0 = 0, и получено противоречие с соотношением

b0 = b1 .

2) Если Ha0 = Ha1 и b0 = b1, то аналогично случаю 1 получаем противоречие с помощью леммы 2.

Таким образом, если Ha0 = Ha1, то (a, b) G R2(P); если Ha0 = Ha1, то (a, b)

может быть разбиением только в случае b0 = b1 = b2. ■

Следствие 1. Если q > 5, то выполняется равенство

A2(P) = V+(P)L2(P)V+(P).

Если q = 3, 5, то выполняется равенство

A 2 (P) = S (P).

Доказательство. Следует из п. 7 утверждения 1. ■

Утверждение 2. Пусть (a, b) G Rd(P) и xf — ж)] пробегает всю группу P* при (x1, x2) G (P*)2, то есть для любого с G P* существуют f, e G P*, такие, что fd — ed = c. Тогда среди смежных классов Ha0, Ha1,... , Ha^-1 нет двух одинаковых.

Доказательство. От противного: пусть в наборе (Ha0, Ha1,..., Had-1) есть два одинаковых класса Hai = Hak, i, k G {0,..., d — 1}, i = k. Тогда b = bk ввиду (Hai + bi) П (Hak + bk) = 0, из чего получаем противоречие по аналогии с доказательством теоремы 1. ■

Гипотеза 1. Если d < -^/q — 1, то есть количество классов в разбиении меньше, чем элементов в одном классе, то Rd(P) состоит только из тривиальных разбиений и выполняется равенство

Ad(P) = V+(P)Ld(P)V+(P).

Замечание 3. Теоретически обоснован случай q > 5, d = 2. Экспериментально гипотеза подтверждена на малых значениях d и q (см. п. 9).

Следующая теорема даёт способ построения нетривиального d-разбиения.

12

А. Д. Бугров

Теорема 2. Пусть (l + 1)|q, hi, h2 G H, (a, b) G Rd(P), bi = bd, i G {0,..., d — 1}.

Тогда ((a0, . . . , ai-i , aihi , ai+i , ... , ad- i) , (b0, . . . , bi-i , aih2 + bd, bi+i, . . . , bd- i , aih2 + bd))

нетривиальное d-разбиение.

Доказательство. Достаточно показать, что

Hai,bd U {bd} Haihi,aih2+bd U {aih2 + bd}.

Если (l + 1)|q = pn, то l = pk — 1 для некоторого 1 ^ k ^ n, а так как pk — 1 = = l|(q — 1) = pn — 1, то k|n и H U {0} — подполе поля P. В частности, H U {0} замкнуто относительно умножения на hi и прибавления h2. Значит,

Hai,bd U {bd} = {H U {0}}ai + bd = {Hhi U {0}}ai + bd = {Hhi + h2 U {h2}}ai + bd =

{Hhi,h,2 U {h2}}ai + bd Haihi,aih2 +bd U {aih2 + bd}.

Теорема доказана. ■

Замечание 4. Данная теорема применима в случае, когда P = GF(q), где q = pn, имеет собственное подполе, то есть n имеет собственный делитель.

2. Критерий на d-разбиение Теорема 3. Пусть 2 < q, 1 <d<q — 1. Пара векторов

(a, b) G (P*)d x Pd+i

образует d-разбиение тогда и только тогда, когда для любых i,j G {0,..., d — 1}, i = j, выполняются следующие условия:

1) (bj = bi) ^ G H);

ai

2) (bj = bi) ^ fa G H для всех h Е H

V bj — bi

3) bd = —l E bj.

j=о

Доказательство. Пара векторов (a, b) задает d-разбиение тогда и только тогда, когда

P = LJ Hai,bi U{bd},

i=0

то есть для любых i, j G {0, . . . , d — 1}, i = j,

а) Hai,bi П Haj,bj ^;

б) bd G Hai,bi.

Условие «а» равносильно тому, что для любых hi,h2 G H, i, j G {0,... , d — 1}, i = j, выполняется неравенство aihi + bi = ajh2 + bj. Пусть hi = h2h, h G H, тогда

h2 (aih — aj) = bj — bi

В итоге «а» равносильно следующим условиям:

aih — aj

j i / aih aj

h-i = -r----r2

bj - bi

<^>

bj - bi

G H при bi = bj;

(aih — aj = 0) ^ ( — G H ) при b

bj.

i

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

13

Пункт «б», при условии «а», равносилен тому, что

bd + ЕЕ c = о,

j=0 сена.,ь.

так как сумма элементов конечного поля, имеющего мощность, не равную двум, равна нулю. Тогда, пользуясь тем, что сумма элементов любой неединичной подгруппы группы P* равна нулю, получаем

d—1 d—1 d—1 d—1 d—1

bd = - E E c = - E E (ac + bj) = - E a E c - E |H|bj = -1bj,

j=0 c^Haj,bj j=0 cEH j=0 cEH j=0 j=0

из чего следует утверждение теоремы. ■

3. Близость между дискретными функциями

Определим удобное для наших вычислений понятие близости в случае произвольного поля и сравним его с другими понятиями близости [4, 5].

Пусть P0 = GF(p) — простое подполе поля P = GF(q), f, g : РЩ ^ P0, X — канонический аддитивный характер поля P0, задаваемый равенством x(x) = e2nip, x E P0. Множество всех характеров группы (P0, +) имеет вид {уа : a E P0}, где \а(x) = x(ax), x E P0, для всех a E P0. Определим коэффициент кросс-корреляции между функциями f и g равенством

Ca(f,g) = Е Xa(f (x) - g(x)), a E P0\{0}.

Обозначим

C (f,g)= max |Ca(f,g)|.

aePo\{0]

Покажем, что C(f,g) = 0 тогда и только тогда, когда в множестве {f(x) - g(x) :

|P |П

x E P0n} любой элемент из P0 появляется ровно 1 = |P0|n— 1 раз. В обратную сторону

0 | P0 |

утверждение верно в силу равенства Е Xa(c) = 0, a = 0.

cEPo

Докажем утверждение в прямую сторону. Пусть N — число решений уравнения f (x) - g(x) = b. Тогда из равенства для любых элементов c,d E P0

xEP0n

Ex(c)x(d)

0, если c = d, p, если c = d,

где суммирование осуществляется по всем характерам х группы (P0, +), следуют равенства

N

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- Е Ex(f (c) - g(c))x(b) = -n 1 + - Е x(b) Е x(f (c) - g(c))

p cEPn X p X=Xo сЕРОП

-

n— 1

В двоичном случае (P0 = {0,1}) имеем

C (f,g) = |Ce(f,g)| = E X1(f (x) - g(x)) = (-i)f(x) фg(x)

xE{0,1}n xE{0,1}n

14

А. Д. Бугров

так как Xi(x) = (—1)x — единственный нетривиальный характер поля GF(2). Чем меньше C(f, g), тем более «различны» функции f (x) и g(x).

Пусть теперь g пробегает всё множество аффинных функций от n переменных над полем P0, то есть g(x) = g(x1,... ,xn) = a1x1 + a2x2 + ... + anxn + b, где a1,... ,an,b —

элементы из P0. Рассмотрим величину

C(f) = maxC(f,g) = maxmax |C«(f,g)1, (1)

9 9 aePo*

которую назовём близостью f к классу всех аффинных функций от n переменных над полем P0. Вместо функции g(x) = a1x1 + a2x2 + ... + anxn + b достаточно рассмотреть только функции вида h(x) = a1x1 + a2x2 + ... + anxn, так как

Ca(f,g) = Xa(b)Ca(f,h), |Ca(f,g)| = |Ca(f,h)|.

В работе [4] близость между функциями f, g : Pp ^ P0 определяется как

S(f, g) = JL1 E (P(f - g = y) - 1/-)2,

- - 1 yePo

где вероятность P определяется при условии, что аргументы функций f и g выбираются случайно и равновероятно. Выразим S(f,g) через коэффициенты кросс-корреляции Ca(f, g). Рассмотрим величину

Ny(f - g) = Kx ^ Pon : f (x) - g(x) = уЦ.

Пусть xa — аддитивный характер поля P0. Из равенства

следует, что

1

I 0, если x = 0, Е Xa(x) = <

aePo -, если x = 0,

1

Ny(f - g) = - E E Xa(f (x) - g(x) - y) = - E Xa^ E Xa(f (x) - g(x))

- xePn aePo

- aePo

1

= - E Xa(y)Ca(f,g) + P' P aePo\{0}

n1

Тогда

P(f - g = У) - 1/P

Ny (f - g) 1

1 E Xa(y)Ca(f,g) + -- aePo

n— 1

-n

11

-

-n - -n+1 aePO

С использованием предыдущих равенств получаем

Е Xa(y)Ca(f,g).

^(f,g)

-

(- - 1)-2(n+1) y^Po VaePr

E E Xa(y)Ca(f, g)

xePon

2

-

(- - 1)-2(n+1) yePo

E Xa(y)Ca(f, g)

aePo

E Xb(y)Cb(f,gn =

bePo /

-

(- - 1)-2(n+1)

E Ca(f,g)C&(f,g^ Xa(y)Xb(y).

a,bePo* yePo

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

15

Из свойств аддитивных характеров следует, что

Е Xa(v)Xb(y)

V&Pq

0, если a + b = 0, p иначе.

Значит,

£(Л#)

p2

(p — 1)p2(n+i)

E Ca(f,g)C-a(f,g)

a€P*

1

(p — 1)p2n

E |Ca(f,g)|2.

a€P*

Таким образом, нахождение точных значений коэффициентов кросс-корреляции Ca(f, g) или получение оценок сверху их модулей позволяет соответственно найти величину S(f,g) или получить её оценку сверху.

4. Линейная характеристика преобразований конечного поля

Определим линейную характеристику подстановки. Рассмотрим P = GF(q) —расширение степени n поля P0 = GF(p), q = pn. Пусть F : P ^ P, a1,...,an — базис линейного пространства Pp0, F1,..., Fn — координатные функции отображения F, то есть

F (x) = aiFi(x) + ... + a,nF,n (x) = a fi(xb ...,Xn) + ... + anfn (xi,.. .,Xn), где fi : Pn ^ Po; x = aixi + ... + anxn. Введём обозначение

Cf(a, в) = E Xa(ax — eF(x)), xeP

где a E P; a E P*; в E P*; Trp : P ^ P0 — функция следа; xa(y)

аддитивный характер поля P. Величину

2 ni

e

TrP(ay)

P

S(F)

max

aeP,geP *,aeP0*

CF(a, в)

max

aeP,/3eP *,aeP0*

E Xa(ax x€P

eF (x))

будем называть линейной характеристикой преобразования F. Пусть вь ... ,в'п — базис, двойственный к базису ai,... , an, то есть такой, что выполнено условие

если i = j, если i = j.

Такой базис существует [3]. Пусть элементы ai,... , an, ci,... ,cn E P0 такие, что

a = eiai + ... + вnan, в = eici + ... + вncn,

TrP(aEj)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

тогда

eF (x)

n

EeiCi

E aj fj (xi,..., xn) j=i

E ajeifj (xi, . . . , xn)ci,

i,j€{i,...,n}

ax

n

E eiai

i=i

E aj xj j=i

El aj eixj ai,

i,je{i,...,n}

16

А. Д. Бугров

Xa(ax - pF(x)) = exp <( 2Л1TrM a( E ajвiXjai - E ajвifj(xi,..., xjc)

p у i,je{1,...,n} i,je{1,...,n}

exp <( 2nia E Trp(ajвiXjai) - E Tr^jвifj (xi,.. .,Xn)Ci)

P \i,je{1,...,n} i,je{1,...,n}

= exJ 2nia E xjaj - Y fj(x1,..., x,n)cj

У p \je{1,...,n} je{1,...,n}

Отсюда, согласно обозначениям п. 3,

К (а, в )|

Значит,

Е Xa Е ajxj - Е fj (x1,. . ., xn)cj xePj \j=1 j=1

nn

Ca ( E ajxj, E fj(x1, . . . , xn)cj j=1 j=1

8(F) = max \CF(а,в)) |

aeP,/3eP*,aeP0* 1 av '' 1

max max max

ceP0n\{0} aeP0n aeP0*

Ca ( E xj aj, E fj (x1,...,xn)cj

je{1,...,n} je{1,...,n}

Согласно формуле (1), 8(F) = max C Y fj(x1,... , xn)cj . Таким образом, 8(F) —

ceP0n\{0} у j J

максимальная близость нетривиальных линейных комбинаций координатных функций преобразования F к классу всех аффинных функций от n переменных над полем Р0. Кроме того, заметим, что при фиксированном a Е Р0*

max \CF(а, в) aeP,eeP *' a

max max

ceP0n\{0} aeP0n

Ca

n

E xj aj j=1

n

Efj (x1,...

j=1

= max max

ceP0n\{0} a€P0n

Ce

axjaj

E afj (x1,..., xn)cj

= max max

c€P0n\{0} a€P0n

Ce

E xj aj

Efj (x1,...,xn)cj j

max \CF(а, в) aeP„seP* 1 e

В итоге

8(F) = max \CF (а,в )\. aeP,eeP* 1 e 1

Этой формулой будем пользоваться всюду в дальнейшем. В случае поля чётной характеристики такое определение линейной характеристики используется в работе [2]. В [5] определяется функция согласия, которая отличается от функции 8 только нормирующим множителем.

Оценим снизу величину 8(F), где F — подстановка поля Р. Для этого выведем аналог равенства Парсеваля для коэффициентов Уолша — Адамара булевой функции:

Е Е \Cf(а.в)Г = Е Е CF(а,в)Cf(а,в) =

aeP^eP * aeP^eP *

= Е Е Е x(аx + вF(x)) Е х(-аУ - вFЫл =

aeP^eP* \x€P / \y€P /

= Е Е Е х(в(F(x) - F(y^ Е xHx - y)) = E E E х(в(F(x) - F(y)))q8x,y

xeP^eP* yeP aeP ^eP^eP* yeP

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

17

где

Значит,

S

x,y

0, если x = у,

1, если x = у.

Е Е |CeF(а,в)|2 = Е Е q^x,y Е x(e(F(x)- F(у))) =

aeP yeP * xePyeP eeP *

= E E q^x,y (q^x,y- 1) = q2(q — 1).

xeP yeP

Следовательно,

6(F) = max |C,f(а,в)! ^ Уд. aeP,eeP* 1 e 1 v

5. Линейная характеристика кусочно-аффинных подстановок

Исследуем некоторые свойства линейной характеристики кусочно-аффинных подстановок. Пусть P = GF(q), х — канонический аддитивный характер поля P, определяемый равенством

х(у)

2 ni Trial

e p

у e P,

где Тг(у) — функция абсолютного следа поля P.

Теорема 4. Пусть A^’ej* = F e Ad(P) и элементы а-1Со, ..., a__ cd_1 попарно различные. Если для любых а e P, в e P*:

1) среди элементов аа^ — вс?, j e {0,..., d — 1}, нет нулевого, то

cf(а,в) — ^ ^ (d — 1)yq

где

1 d_ 1

^i = x(abd— eed) — Е x(abj — eej);

d j=0

2)

среди элементов aaj aaj0 + ecj0 =0, то

ecj, а e P, в e P *, j e {0, ...,d — 1}, есть нулевой

|Of(а,в) — <Ь| « —tАУч,

где

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1 d_1 /1'

^2 = xMd — вed) — j E XMj — вej) + 1 + 4 ) XMjo — вej0).

d

j=0

d

Доказательство. Для произвольных а e P, в e P* имеем равенство

Cf (a, в) = E Х(аХ — вF(x)).

xeP

Получим далее

d—1

Cef (а, в) = X№ — вed) + Е Е x^x — в((x — bj)aj_1 cj + ej)) =

j=0 xeHaj,bj

d—1

= xMd — вed) + Е Е X^x — вxaj _1 Cj — в (—bj aj _1Cj + ej)) =

j = 0 xeHaj,bj

d_ 1

= x^bd — вed) + E E X^xaj + аф — вxcj — вaj_1 Cjbj — в(—bjaj_1Cj + ej)).

j=0 xeH

18

А. Д. Бугров

Тогда

d-1

CeF(а ф) = х№ - ^ed) + Е Е х((аа - Ecj)x)x{abj — fiej). (2)

j=0 хеН

Введём обозначение Yj = а — ftaj1^. Заметим, что по условию теоремы числа a-1c0, ... , a-l_1Cd-1 попарно различны. Поэтому при фиксированных элементах а Е P, в Е P* элементы у0,... , Yd-1 попарно различны и возможен один из двух случаев:

а) Yj = 0 для всех j Е {0,... , d — 1} (среди них нет нуля);

б) существует j0 Е {0,... , d — 1}, такой, что Yj0 = 0, и Yj = 0 для всех j Е {0,... ,

d — 1}\{j0} (среди них есть один нуль).

Пусть имеет место случай «а». Воспользуемся разложением аддитивного характера х по мультипликативным характерам поля P [3]:

х(у) = Е£(ф,х)ф(уф У Е P*,

q — 1 ф

где сумма берётся по всем мультипликативным характерам ф поля P; ф — характер, сопряжённый для характера ф; 0(ф, х) — сумма Гаусса, определяемая равенством

с(ф,х) = Е ф(с)х(с).

ceP *

Из (2) получим

1 d-1

Ce (а,в) = х(аbd — eed) + ^ Е X(аbj

dl j=0

eej ^ 0(ф,х)ф(аaj

ф

ecj) Е ф(х).

хен

Учитывая равенство

Е ф(х)

хен

|H|, если ф Е Ann(H), 0, если ф Е Ann(H),

где Ann(H) —аннулятор группы H = (£d), состоящий из всех мультипликативных характеров ф поля P, для которых ф(£d) = 1, получим

1 d-1 _

cf(а,ф) = х№ — Eed) + д Е х(аф — eej) Е G(ф, х)ф(аaj— ecj).

d j=0 феАпп(Н)

Пусть ф0 — тривиальный мультипликативный характер. Тогда, учитывая равенства dl = q — 1 и С(ф0, х) = —1, получим

1 d- 1

CeF(а8 ф) = х№ — Eed) — Д Е х(аЬ^' — Eej) +

d j=0

1 d-1 _

+д Е х(аbj— eej) Е G(ф, х)ф(аа — ecj).

d j=0 фе Ann(Н)\{фо}

(3)

Учитывая равенства |х(х)| = 1, |ф(у)| = 1 для любых у Е P*, х Е P; |Ann(H)| = d;

1 d-1

|£(ф, х)| = для всех ф = ф0; ф = х(abd — Eed) — - Е х(аф — Eej), получим оценку

d j=0

|Се (а,ф) — ^1| ф 1(d — 1)Vqd = (d — 1)Vq. (4)

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

19

Пусть имеет место случай «б»: yj0 = 0 для некоторого индекса j0 Е {0,..., d — 1} и Yj = 0 для всех j = j0. Учитывая, что х(0) = 1, из равенства (2) получим

cf(a,eHx(abd — l3ed)+ Y X(abjo—eejo)+ Е Е X((aaj—ecj)x)X(abj — fie-j)=

x£H je{0,...,d-1}\{jo} x£H

= X(abd — eed) + E X(abjo — fiejo) +

xeH

+1 E G(ф, x) E Ф(aaj— ecj)x(abj— eej)Y e(x) = x(abd— eed)+

dl у je{0,...,d-i}\{jo} xeH

+1X(abjo — eejo) + 1 E G(Ф, X) E ^(aaj — ecj)X(abj — eej) =

d yeAnn(H) je{0,...,d-i}\{jo}

= X(abd — Ped) — 1 E X(abj — eej) + t>X(abjo — eejo)+ (5)

d je{0,...,d-i}\{jo}

+1 E g(^,x) E ^(aaj— ecj )x(abj— eej ) =

d yeAnn(H)\{yo} je{0,...,d-1}\{jo}

= x(abd— eed) — 1 E x(abj— eej)+ l1 + 1) x(abjo — eejo)+

d j€{0,...,d-1} \ d/

+1 E g(^,x) E ^(aaj— ecj )x(abj— eej).

d yeAnn(H)\{yo} je{0,...,d-1}\{jo}

Получаем оценку

ICf (a,e) — у < d(d — i)yq(d — 1) = ДДyq. (6)

Объединяя (4) и (6), получаем требуемый результат. ■

6. Частные случаи и примеры

Лемма 3. Пусть F : P ^ P — произвольное преобразование поля P, g,h Е Е AGL(1,P). Тогда |Cf(аа-1,ве)\ = \Cfh(a,p)|.

Доказательство. Пусть g(x) = ах + b, h(x) = cx + e. Тогда справедливы следующие равенства:

cfh(a,e) = Е Xa(ax — eh(F(g(x)))) =

xeP

= E Xa (ag-1(x) — fih(F(x)) = Y Xa (axa-1 — aa-1b — ^cF(x) — ве) =

xeP xeP

= E Xa (aa-1x — ecF(x)) xa (—aa-1b — ве) == Xa (—aa-1b — ве) Cf (aa-1, вс).

xeP

Остаётся заметить, что |xa(—aa 1b — ве)| = 1. ■

Следствие 2. В условиях леммы 3 4(F) = 4(gFh).

Утверждение 3. Пусть q > 9, F Е A2(P). Тогда 4(F) Е

q ±Vq \/q2 + q 2 , 2

q

Доказательство. Из лемм 1 и 2 следует, что R2(P) = R12(P) при q > 5. Из п. 7 утверждения 1 следует A2(P) = V+(P)L2(P)V+(P). Используя лемму 3, получаем, что для любой подстановки F = Д^в Е A2(P) существует W = Д^, такая, что

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

20

А. Д. Бугров

S(F) = 5(W). Пусть (£2) = H < P подгруппа, образованная всеми ненулевыми элементами поля P, возведёнными в квадрат. Заметим, что векторы (Ha0, Ha1), (Hc0,Hc1), (H, H£) совпадают при некоторой перестановке координат. Тогда если c0/a0 = c1/a1, то для любого h G Ha0 верно W(h) = hc0/a0, для h G Ha1 верно W(h) = hci/ai и W(0) = 0, то есть W действует так же, как g(x) = x • c0/a0, следовательно, W — линейная подстановка и 5(W) = q.

Пусть c0/a0 = c1/a1. Тогда дословно повторим рассуждения теоремы 4 о значении 5(W), а именно: если в теореме 4 имеет место случай «а», то воспользуемся равенством (3) и при подстановке известных значений получим

CeW(а,в) = 1 (G(n,X)n(aa0 — ec0) + G(n,x)n(aa 1 — eci)) G {±G(n,x), 0},

где n — квадратичный характер. Если имеет место случай «б», то, используя равенство (5), получим

CeW(а,в) = 2 + 2G(n,X)n(aaj — Pc3), где j G I0, 1}.

Известно [3], что

G( ) = [ (-1)n-1Vq, если Р = 1 (mod 4)

\(—1)n-1injQ, если p = 3 (mod 4).

Значит, если p =1 (mod 4) или p = 3 (mod 4) и при этом 2|и, то |С^(а, в)| G G - ,~~~^~ |; если p = 3 (mod 4) и 2 /и, то (а,в )| = \/^+q. Таким

образом,

|CW(а,в)| G

оХ-Л ч+Л, Vq!±8,

2

2

Заметим, что 5(F) = 0, так как при вычислении 5(F) всегда существуют такие а, в,

q — Jq

что имеет место только случай «б» теоремы 4. Если q > 9, то - > ^/q, и тогда

q ±Vq

S(F> = \ Vfc-q

если (p = 1 (mod 4)) V (p = 3 (mod 4)) Л 2 | и),

иначе.

2

Утверждение доказано. ■

Пример 1. Рассмотрим подстановку в поле GF(13):

(а, 0) = ((1,2, 4, 8), (0,0, 0, 0, 0)) G ^(GF(13)),

(c, e) = ((3, 4,1, 9), (5, 0, 2, 6, 0)) G ^(GF(13)) 4(Aa;e0)/q = 6,5/13 = 1/2.

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

21

7. О многочленах, соответствующих кусочно-аффинным подстановкам

Введём обозначение

d-1

pol(x) = Е xil = xdl + x(d-1)l + ... + xl.

i=0

Данный многочлен интересен для кусочных относительно H функций своими значениями:

,,,, Id, если h G H,

pol(h) = 1 n

I U иначе.

Используя pol(x), можно составить аналог интерполяционного многочлена Лагранжа для кусочно-аффинных подстановок.

Утверждение 4. Пусть Д^ G Ad(P). Тогда

да,Ь(х) = (1 - (x - bd) 1 )ed + Е ((x - bi)a- lcA + d) pol ((x - bi)a- 1) d 1.

i=0

Доказательство. Заметим, что d-1 существует, так как d и p — взаимно простые числа. Нетрудно заметить, что pol ((x - b^a-1) d-1 принимает значение 1 на Hai + bi и 0 на остальных элементах поля P. Корректное отображение bd в ed обеспечивает слагаемое (1 - (x - bd)q-1)ed. ■

Следствие 3. Для любой подстановки вида Д^ G Ld(P) существуют f0,... , fd-1GP, такие, что

d- 1

Да’е(x) = x Е fixil.

i=0

Для любой подстановки вида Д^’е G Ad(P) существуют f0,... , fd-1, h0,..., hd-1 G P,

такие, что

Д^(x) = x E fixil + E hixil + (1 - xq-1)ed.

i=0 i=0

Утверждение 5. Подстановка, задаваемая многочленом xs, является кусочнолинейной из Ld(P) тогда и только тогда, когда l|(s - 1) и (s, q - 1) = 1, где dl = q - 1.

Доказательство. Сразу заметим, что условие (s,q - 1) = 1 равносильно тому, что xs задает подстановку в поле GF(q). Пусть xs задает подстановку Д^ G Ld(P), тогда найдётся i G {0,... , d - 1}, что ai G H. Так как (H, •) —группа, xs отображает блок H в себя так, что xs(h) = ha-1ci G H для любого h G H. Значит, a-1ci G H. Заметим, что xs(1) = 1, тогда a-1ci = 1. Из равенств xs(£d) = £ds = ^da-1ci = £d следует, что £d(s-1) = 1, q - 1|d(s - 1), а значит, 11(s - 1).

Пусть 11(s - 1), следовательно, £ds = £d. Достаточно показать, что xs является кусочно-линейной функцией, то есть xs(ha) = hc для любого h G H и некоторых a,c G P*. Действительно, xs(ha) = hsas = has = hc. ■

8. Группа, образуемая кусочно-аффинными подстановками, и группа

кусочно-линейных подстановок

Пусть Gd(P) —группа, порождённая всеми кусочно-аффинными подстановками. Нетрудно заметить, что Ld(P) —группа.

22

А. Д. Бугров

Утверждение 6.

1) Ld(P) имеет две орбиты — P* и {0};

2) пусть W = {И, И£,... , И£d-i}, R Е W. Тогда f (R) Е W для любой подстановки f Е Ld(P), то есть сохраняется структура смежного класса по подгруппе И;

3) Gd(P) 2-транзитивна;

4) Gd(P) примитивна.

Доказательство. Пункты 1 и 2 очевидны; п. 3 следует из того, что AGL(1,P) 2-транзитивна и лежит в Ad(P); п. 4 непосредственно следует из п. 3. ■

Минимальной степенью группы G < S(П) будем называть число

MG) = min{|supp(g)| : g Е G\{e}} ,

где supp(g) = {а Е P : g(a) = a}.

Приведём формулировку теоремы из работы [6, с. 155].

Теорема 5. Пусть 2-транзитивная группа G < Sn не содержит группу An — знакопеременную группу. Тогда имеют место следующие оценки:

1) g,(G) > Да—Г +1 ^ Да для всех а;

2) д(G) ^ а/8 для всех а;

3) д(G) ^ а/4 для всех а > 216.

Следствие 4. Пусть 1 < I ^ d, где l = |И|. Тогда Gd(P) содержит знакопеременную группу поля P.

Доказательство. Выберем произвольную пару (a, b) Е Rd(P). Заметим, что

(c, b) = ((ao^d, ai,..., ad-i), b) Е Rd(P),

так как Иао,Ьо = Иао^,Ьо. Рассмотрим подстановку g = A^jy. Легко видеть, что при l > 1

supp(g) = Иао ,bo .

Из того, что l ^ d, ld = q — 1, следует соотношение l ^ Vq — 1, то есть

MGd(P)) ^ |supp(g)| = l ^ Дq — 1.

Остаётся воспользоваться теоремой 5 и утверждением 6. ■

Следствие 5. Если 1 < l ^ d, то Gd(P) = S(P).

Доказательство. Заметим, что подстановка g = A^j^, определённая в доказательстве следствия 4, является циклом длины l, а именно g(£kda0 + b0) = £(k+i)da0 + b0. Если l чётное, то g Е A(P), следовательно, Gd(P) = S(P). Пусть l нечётное. Определим подстановку f = A^, где (a, b) Е Rd(P), (c, b) = ((aba0,a2 ,...,ad-i), (bi,b0,b2,..., bd)) Е Rd(P). Из определения A(a,b) следует, что

f = (a0 + b0, ai + bi)(£da0 + b0,£dai + bi) ••• (£d(1 l)a0 + b0,£d(l l)ai + bi), то есть f — произведение нечётного числа транспозиций. Следовательно, f Е A(P) и

Gd(P) = S(P). ■

Кусочно-аффинные подстановки конечных полей

23

9. Результаты эксперимента

В ходе выполнения работы написана программа, выполняющая построение множества Rd(P). При изучении этого множества для малых значений d и q получены следующие результаты:

1) Если d < l, то Rd(P) = Rld(P). Это подтвердилось на следующих парах (d,q): (3,16), (3,64), (7,64), (3,256), (5,256), (7,512), (3,1024), (11,1024), (2,17), (4,81), (5,81), (8,81), (4,25), (6,37).

2) В случае d = l справедливы два результата: Rd(P) = Rld(P) или Rd(P) = = Rld(P)UCd(P), где Cd(P) состоит из пар вида (a, b) = ((a, a,..., a), (b0, bp..., bd)). Первое равенство подтвердилось для следующих значений (d,q): (6, 37), (10, 101), (13,197). Второе равенство выполняется при (d,q) = (4,17).

3) Если d > l, то Rd(P) = Rld(P). Это подтвердилось на следующих парах (d,q): (4,13), (5,16), (6,25), (8, 25), (9,64), (12, 37), (21, 64).

ЛИТЕРАТУРА

1. Evans A. B. Orthomorphism Graphs of Groups. Lecture Notes in Mathematics. Berlin: Springer Verlag, 1992. 114 p.

2. Тришин А. Е. О показателе нелинейности кусочно-линейных подстановок аддитивной группы поля F2n // Прикладная дискретная математика. 2015. №4(30). С. 32-42

3. Лидл Р., Нидеррайтер Г. Конечные поля: в 2-х т.: пер. с. англ. М.: Мир, 1988. 822 с.

4. Солодовников В. И. О совпадении класса бент-функций с классом функций, минимально близких к линейным // Прикладная дискретная математика. 2012. №3(17). С. 25-33.

5. Кузьмин А. С., Марков В. Т., Нечаев А. А. и др. Бент-функции и гипербент-функции над полем из 21 элементов // Проблемы передачи информации. 2008. Т. 44. №1. C. 15-37.

6. Dixon J. and Mortimer B. Permutation Groups. Berlin; N.Y.: Springer Verlag, 1996. 346 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

REFERENCES

1. Evans A. B. Orthomorphism Graphs of Groups. Lecture Notes in Mathematics, Berlin, Springer Verlag, 1992. 114 p.

2. Trishin A. E. O pokazatele nelineynosti kusochno-lineynykh podstanovok additivnoy gruppy polya F2n [The nonlinearity index is a piecewise-linear substitution of the additive group of the field F2n]. Prikladnaya diskretnaya matematika, 2015, no. 4(30), pp. 32-42 (in Russian)

3. LidlR., Niderrayter G. Konechnye polya [Finite Fields]. Moscow, Mir Publ., 1988, vol. 1,2. 822 p. (in Russian)

4. Solodovnikov V. I. O sovpadenii klassa bent-funktsiy s klassom funktsiy, minimal’no blizkikh k lineynym [On the coincidence of the class of bent-functions with the class of functions which are minimally close to linear functions]. Prikladnaya diskretnaya matematika, 2012, no. 3(17), pp. 25-33. (in Russian)

5. Kuz’min A. S., Markov V. T., Nechaev A. A., et al. Bent and hyper-bent functions over a field of 21 elements. Problems of Information Transmission, 2008, vol. 44, no. 1, pp. 12-33.

6. Dixon J. and Mortimer B. Permutation Groups. Berlin, N.Y., Springer Verlag, 1996. 346 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.