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Kapitel 10Fortgeschritten29 Min.

Bézout und modulares Kürzen

Kongruenzen und Restklassen · Abschnitt 39 von 64

Satz

Bézouts Identität

Für nicht gleichzeitig verschwindende ganze Zahlen a,ba,b gibt es ganze u,vu,v mit ua+vb=ggT⁡(a,b)ua+vb=\operatorname{ggT}(a,b).

Beweis

Beweis mit dem kleinsten positiven Wert

Wähle die kleinste positive Linearkombination d=ua+vbd=ua+vb. Bei Division von aa durch dd wäre ein positiver Rest kleiner als dd erneut eine Linearkombination – unmöglich. Also d∣ad\mid a, ebenso d∣bd\mid b. Jeder gemeinsame Teiler von a,ba,b teilt umgekehrt dd. Daher ist dd der ggT.

Gelöstes Beispiel

Beispiel mit 35 und 12

Aus 35=2⋅12+1135=2\cdot12+11 und 12=11+112=11+1 folgt rückwärts 1=3⋅12−351=3\cdot12-35. Deshalb ist 3 die multiplikative Inverse von 12 modulo 35.

Satz

Wann Kürzen erlaubt ist

Aus ca≡cb(modm)ca\equiv cb\pmod m und ggT⁡(c,m)=1\operatorname{ggT}(c,m)=1 folgt a≡b(modm)a\equiv b\pmod m. Denn Bézout liefert ein uu mit uc≡1(modm)uc\equiv1\pmod m; Multiplikation mit uu entfernt den Faktor cc rechtmäßig.

Beweis

Die offene Beweisklammer schließt sich

Ist pp prim, p∣abp\mid ab und p∤ap\nmid a, so ist ggT⁡(p,a)=1\operatorname{ggT}(p,a)=1. Aus ab≡0(modp)ab\equiv0\pmod p darf daher aa gekürzt werden und es folgt b≡0(modp)b\equiv0\pmod p. Das ist Euklids Lemma aus Kapitel 8.