Erweiterter Euklidische. Algorithmus?

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Zuerst erkläre ich mal den euklidischen Algorithmus.

Mit dem euklidischen Algorithmus kannst du den größten gemeinsamen Teiler (kurz ggT) zweier natürlichen Zahlen a und b bestimmen. Der ggT ist die größte natürliche Zahl, die beide Zahlen a und b teilen kann.

Beispiele:

ggT(12, 6) = 6

ggT(100, 125) = 25

ggT(1, n) = 1

ggT(n, n) = n

ggT(12, 9) = 3

Für kleine Zahlen ist es einfach, den ggT direkt bzw. durch Primfaktorzerlegung anzugeben. Bei großen Zahlen wird es aber schwierig. Was ist zum Beispiel ggT(103872, 167376)? Hier kommt der euklidische Algorithmus zum Einsatz. Ich versuche mal anhand eines Beispiels zu erklären, wie er funktioniert.

Wir suchen ggT(120, 132). Zuerst schauen wir, wie oft die kleinere der beiden Zahlen in die größere "reinpasst".

132 / 120 = 1 Rest 12

Die 120 passt genau einmal in die 132 rein und übrig bleiben 12. Wenn wir nun wissen, wie oft die 12 in die 120 passt, dann wissen wir auch, wie oft sie in die 132 passt. Warum wollen wir das wissen? Naja, die 120 passt offensichtlich nicht in die 132, also ist 120 kein Teiler von 132. Wenn aber die 12 ein Teiler von 120 ist, dann ist 12 auch ein Teiler von 132. Also schauen wir, ob 12 passt.

120 / 12 = 10 Rest 0

Die 12 passt genau 10 mal in die 120. Also haben wir einen Teiler von 120 und damit auch einen von 132. Tatsächlich ist es auch der größte gemeinsame Teiler. Es gilt also

ggT(132, 120) = 12.

Hier noch ein weiteres Rechenbeispiel:

ggT(1204, 340) = ?

1204 / 340 = 3 Rest 184

340 / 184 = 1 Rest 156

184 / 156 = 1 Rest 28

156 / 28 = 5 Rest 16

28 / 16 = 1 Rest 12

16 / 12 = 1 Rest 4

12 / 4 = 3 Rest 0

=> ggT(1204, 340) = 4

Nun das, worum es eigentlich gehen soll: Der erweiterte euklidische Algorithmus.

Der erweiterte euklidische Algorithmus gibt ganze Zahlen x und y an, für die

ggT(a, b) = x • a + y • b.

Betrachten wir wieder die Zahlen a = 132 und b = 120. Dann gilt ja ggT(132, 120) = 12, denn

132 / 120 = 1 Rest 12,

120 / 12 = 10 Rest 0.

Formen wir das mal etwas um:

132 = 1 • 120 + 12

120 = 10 • 12 + 0

Wenn wir die erste Gleichung umformen, erhalten wir

1 • 132 – 1 • 120 = 12

also ist x = 1 und y = –1.

Nun zu unserem zweiten Rechenbeispiel. Zuerst stellen wir die Gleichungen wieder um:

1204 = 3 • 340 + 184

340 = 1 • 184 + 156

184 = 1 • 156 + 28

156 = 5 • 28 + 16

28 = 1• 16 + 12

16 = 1 • 12 + 4

12 = 3 • 4 + 0

Hier reicht es nicht nur die erste Gleichung umzuformen. Wir formen die vorletzte Gleichung um, da hier der ggT (=4) auftaucht.

4 = 16 – 1 • 12

Nun setzen wir die Gleichung darüber in diese Gleichung ein (diese formen wir nach dem, was bei der Division der Rest wäre, also 12, um: 28 – 1 • 16 = 12):

4 = 16 – 1 • (28 – 1 • 16)

4 = 2 • 16 – 1 • 28

Das selbe mit der Gleichung darüber usw. (156 – 5 • 28 = 16):

4 = 2 • (156 – 5 • 28) – 1 • 28

4 = 2 • 156 – 11 • 28

Nächste Gleichung (184 – 1 • 156 = 28):

4 = 2 • 156 – 11 • (184 – 1 • 156)

4 = 13 • 156 – 11 • 184

Nächste Gleichung (340 – 1 • 184 = 156):

4 = 13 • (340 – 1 • 184) – 11 • 184

4 = 13 • 340 – 24 • 184

Nächste Gleichung (1204 – 3 • 340 = 184):

4 = 13 • 340 – 24 • (1204 – 3 • 340)

4 = 85 • 340 – 24 • 1204

Und damit x = 85 und y = –24.

So haben wir eine Linearkombination von 340 und 1204 für den ggT von 4 bekommen.

Das können wir auf die Übungsaufgabe anwenden.

ggT(259, 38) = ?

259 / 38 = 6 Rest 31

38 / 31 = 1 Rest 7

31 / 7 = 4 Rest 3

7 / 3 = 2 Rest 1

3 / 1 = 3 Rest 0

=> ggT(259, 38) = 1

Also können wir mit dem erweiterten euklidischen Algorithmus tatsächlich eine Linearkombination für den ggT angeben.

Zuerst stellen wir die Gleichungen wieder um und setzen dann wieder rückwärts ein:

259 = 6 • 38 + 31

38 = 1 • 31 + 7

31 = 4 • 7 + 3

7 = 2 • 3 + 1

3 = 3 • 1 + 0

_____

1 = 7 – 2 • 3

1 = 7 – 2 • (31 – 4 • 7)

1 = 9 • 7 – 2 • 31

1 = 9 • (38 – 1 • 31) – 2 • 31

1 = 9 • 38 – 11 • 31

1 = 9 • 38 – 11 • (259 – 6 • 38)

1 = 75 • 38 – 11 • 259

Und damit s = –11 und t = 75.

Hier noch zwei Videos:

https://youtu.be/bYQxRQvQEto?feature=shared

https://youtu.be/NSLpbua96lk?feature=shared

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

Hallo,

mit dem erweiteten eukl. Algorithmus berechnet man den größten gemeinsamen Teiler (ggT) zweier natürlicher Zahlen. Der ggT von 259 und 38 ist 1, d.h. sie sind teilerfremd, d.h. es existieren ganze Zahlen s und t, welche die Gleichung der Aufgabe erfüllen.

Schau dir mal hier die folgenden Rechenbeispiele an. Damit müsstest du es hinkriegen.

Gruß

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Mathematikstudium