Kongruenzsystem lösen Hilfe?

TBDRM  17.02.2024, 20:08

In der ersten Zeile ist dir ein Fehler passiert (die Gleichung ist falsch). Was sollte dort eigentlich stehen?

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Zur ersten Aufgabe:

4 + x ≡ 3 (mod 6)

bedeutet, es existiert min. eine ganze Zahl z (x ist auch hier ganz) mit

4 + x = 6 z + 3

bzw. umgeformt

x = 6 z – 1.

Die einzige ganze Zahl z, sodass x aus Z_6 ist, ist z = 1 (also x = 5). Die gesamte Lösungsmenge wäre z = 1 + 6 t.

Das kannst du aber auch ganz einfach mit klassischen Umformen lösen, denn wenn

c + x ≡ d (mod m),

dann ist auch

c + x + r ≡ d + r (mod m),

denn wegen

c + x = 6 z + d

folgt

c + x + r = 6 z + d + r.

Also ist c + x + r mod m = d + r mod m und damit stimmt die Gleichung. (c, x, d, r seien ganze Zahlen bzw. m natürlich).

So kann man es noch leichter lösen:

4 + x ≡ 3 (mod 6) |–4

4 + x – 4 ≡ 3 – 4 (mod 6)

x ≡ –1 (mod 6)

Das ist äquivalent zu x = 6 z – 1. Die einzige Lösung in Z_6 ist für z = 1 dann x = 5.

Zur zweiten Aufgabe:

5 x ≡ 2 (mod 12)

bedeutet, es existiert min. eine ganze Zahl z (x ist auch eine ganze Zahl) mit

5 x = 12 z + 2

bzw. umgeformt

x = (12 z + 2) / 5.

Wir suchen alle z, sodass x eine ganze Zahl ist. Für z = 4 erhalten wir x = 10. Allerdings hätte auch z = 9 (x = 22) das lösen können. Genauer, alle z = 4 + 12 t mit ganzen t hätten die Gleichung lösen können.

Warum die Lösung eindeutig, kann ich mir nur erklären, weil 4 die einzige Lösung aus der Menge Z_12 = {0, 1, ..., 11} ist. Wobei man hier ja Restklassen betrachtet. Man hätte also genau so gut auch Z_12 = {12, 13, ..., 23} o. Ä. definieren können.

Man kann es aber auch anders lösen (ohne Raten).

Die Gleichung oben können wir auch umschreiben zu

2 = 5 x – 12 z.

Wenn du dich nun an den erweiterten euklidischen Algorithmus erinnerst, dann fällt dir ein, dass mit ggT(5, 12) = 1, der erweiterte Euklidalgorithmus ganze Zahlen a und b gibt, sodass 1 = 5 a + 12 b.

Wir haben nun aber nicht 1, sonder 2 dort stehen. Das ist aber kein Problem. Wir können die Gleichung einfach mit 2 multiplizieren und erhalten

2 = 5 (2 a) – 12 (–2 b).

Haben wir durch den erweiterten Euklidalgorithmus also zwei Zahlen a und b bekommen, ist unsere Lösung einfach x = 2 a mod 12. (Das "mod 12" nur, damit x in Z_12 liegt). z wäre dann z = –2 b mod 12.

Hier der erweiterte Euklidalgorithmus vorgerechnet:

12 = 2 • 5 + 2

5 = 2 • 2 + 1

2 = 2 • 1 + 0

also ggT(12, 5) = 1. Nun rückwärts einsetzen:

1 = 5 – 2 • 2

1 = 5 – 2 • (12 – 2 • 5)

also 1 = 5 • 5 + 12 • (–2).

Die Lösung ist also x = 2 • 5 mod 12 = 10. (z = –2 • (–2) mod 12 = 4.)

Woher ich das weiß:Hobby – Mathematik (u. Physik)