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Aufgabe:

Bestimmen Sie die multiplikativen Inverse von [14] und [19] in ℤ/33ℤ


Problem/Ansatz:

habe leider keinen, weil ich die Aufgabe nicht verstehe... wäre also super leib, wenn mir da wer helfen könnte (:

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26 und 7 sind die gesuchten Zahlen.

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Ich hätte bei der ersten Aufgabe -7 genommen.

;-)

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Hallo Lily,

wenn Du es nicht durch Propieren raus findest, so macht man es mit dem erweiterten euklidischen Algorithmus. Für die Inverse von \(14\) in \(\mathbb Z_{33}\) muss man die Gleichung$$14 s + 33t = 1 \quad s,t \in \mathbb{Z}$$lösen. Dazu stellst Du zunächst die linke Seite folgender Tabelle auf - so wie in dem Wiki-Artikel (s.Link)$$\begin{array}{ccc|cc}a& b& q& s& t\\ \hline 14& 33& 0& -7& 3\\ 33& 14& 2& 3& -7\\ 14& 5& 2& -1& 3\\ 5& 4& 1& 1& -1\\ 4& 1& 4& 0& 1\\ 1& 0& & 1& 0\end{array}$$Die Elemente berechnen sich wie folgt:$$q_i = \left\lfloor \frac ab \right\rfloor \\ a_i = b_{i-1}\\ b_i = a_{i-1} - b_{i-1}\cdot q_{i-1}$$so werden die Spalten \(a\), \(b\) und \(q\) gefüllt, bis \(b=0\) wird. dann kommt in die letzte Zeile \(s=1\) und \(t=0\) und es geht von unten nach oben weiter:$$s_{i-1} = t_i \\ t_{i-1} = s_i   - q_{i-1}\cdot t_i$$Am Ende steht dann in der ersten Zeile die Lösung für \(s\) und \(t\):$$\begin{aligned} 14 \cdot (-7) + 33 \cdot 3 &= 1 \\ \implies 14 \cdot (-7) &\equiv 1 \mod 33 \\ 14 \cdot 26 &\equiv 1 \mod 33\end{aligned}$$Die Lösung ist also \(26\). Für die \(19\) geht es genauso - die Lösung ist $$19 \cdot 7 \equiv 1 \mod 33$$

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Was du tun sollst, ist doch ganz einfach: Die multiplikativen Inversen bestimmen, das heißt im Fall der \(14\) ist das \(a \in \mathbb Z / 33 \mathbb Z \) gesucht mit \(14 \cdot a = 1 \). Wie man das dann bestimmt, ist eine andere Sache, aber ist die Aufgabenstellung jetzt klar?

Allgemein geht so etwas immer mit dem Erweiterten Euklidischen Algorithmus, denn der gibt uns für natürliche Zahlen \(a\) und \(b\) eine ganzzahlige Linearkombination des größten gemeinsamen Teilers, d.h. wir bekommen damit \(u, v \in \mathbb Z\) mit

$$ \operatorname{ggT}(a, b) = ua + vb. $$

Das genügt uns schon zur Bestimmung des multiplikativen Inversen, denn: Gilt für \(a \in \mathbb Z / 33 \mathbb Z\) auch \( \operatorname{ggT}(a, 33) = 1 \), finden wir mit dem EEA ganzzahlige \(u, v \in \mathbb Z\) mit

$$ 1 = ua + v \cdot 33 \equiv ua \pmod{33} \iff a^{-1} \equiv u \pmod{33} $$

und damit ist das \(u\) das gesuchte multiplikative Inverse. Hier konkret ergibt sich wegen \(\operatorname{ggT}(14, 33) = 1\) mit dem EEA

$$ 1 =  -7 \cdot 14 + 3 \cdot 33 $$

und damit \( 14^{-1} \equiv -7 \equiv 33 - 7 \equiv 26 \pmod{33} \). Mit Symmetriebetrachtungen kommt man damit auch auf \(19^{-1}\), denn es gilt

$$14 \equiv -19 \pmod{33}$$

und damit

$$ 19^{-1} \equiv -14^{-1} \equiv -26 \equiv 7 \pmod{33}. $$

Eleganter geht es mit dem Satz von Euler: Danach gilt für alle \(a \in \mathbb Z / n \mathbb Z\)
$$ a^{\varphi(n)} \equiv 1 \pmod{n} \iff a^{\varphi(n) - 1} \equiv a^{-1} \pmod{n} $$

Weißt du jetzt \( \varphi(33) = 20 \) oder kannst es nachsehen, ergibt sich \( a^{-1} \equiv a^{19} \equiv 26 \pmod{33} \) in \(\mathbb Z / 33 \mathbb Z\). Das setzt natürlich Wissen über die Eulersche Phi-Funktion und einen Rechner voraus. Beides ist nicht unbedingt gegeben.

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noch ein Hinweis: $$\varphi(33) = \varphi(3 \cdot 11) = \varphi(3) \cdot \varphi(11)$$ und da \(\varphi(p)=p-1\) wenn \(p\) eine Primzahl ist, errechnet sich:$$\varphi(33) = \varphi(3) \cdot \varphi(11) = 2 \cdot 10 = 20$$

und wenn dem TR das \(14^{19} \mod 33\) zu viel wird, geht es auch mit diesem Algorithmus. Für \(14^{19} \mod 33\)  ergeben dazu folgende Zahlen:$$\begin{array}{ccc}a& b& r\\ \hline 14& 19& 1\\ 31& 9& 14\\ 4& 4& 5\\ 16& 2& 5\\ 25& 1& 5\\ 31& 0& \colorbox{#ffff00}{26}\end{array}$$Bem.: \(a_{i+1} = a_i^2\), \(b_{i+1} = \left\lfloor \frac {b_i}2 \right\rfloor\) und \(r_{i+1} = r_i \cdot a_i^{(b_i \mod 2)}\) (alles modulo 33).

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Die Aufgaben lauten im Prinzip so:

Welches Vielfache von 14 lässt bei Teilung durch 33 den Rest 1?

und

Welches Vielfache von 19 lässt bei Teilung durch 33 den Rest 1?

Damit kannst du jetzt wenigstens die Aufgabe verstehen.

Das Schlimmste, was dir nun passieren kann: Du rechnest 14*1, 14*2, 14*3 ... bis 14*32 aus und teilst das Ergebnis jeweils durch 33. Wenn der Rest 1 bleibt, kannst du aufhören.
Vielleicht hat man euch aber auch andere (kürzere) Wege beigebracht, aber das entzieht sich meiner Kenntnis.

Was dir vielleicht noch helfen könnte: Wenn eine Zahl den Rest 1 bei Teilung durch 33 lässt, dann lässt sie den Rest 1 bei Teilung durch 3 und auch bei Teilung durch 11.

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Für die 14 sieht das so aus:

Du suchst ein x mit 14*x ≡ 1  mod 33

also 14*x = k*33+1

bzw  14*x - 33*k = 1

Das geht mit dem erweiterten euklidischen Algorithmus

oder mit etwas Kopfrechnen und geschicktem Raten: x = 26

Denn 14*26 = 364 = 11*33 + 1

Also ist 26 bze die Klasse [26] das Inverse zu [14]

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