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Aufgabe:

Beweisen Sie, dass die Relation auf Z definiert durch

a ≅ b : <=> 5 | a - 6b

eine Äquivalenzrelation darstellt.


Problem/Ansatz:

Ich habe folgende Lösung in meinen Unterlagen gefunden:

- reflexiv: Für a € Z gilt a-6a = -5a = 5 * (-1) und somit a≅a.

erste Frage: Fehlt hier nicht noch irgendwas? das a? und wieso hätte ich dann a≅a. gezeigt? weil 5 die 5*(-1)a teilt?

- symmetrisch: Seien a,b € Z mit a≅b, d.h. ∃k € Z mit 5k = a-6b. (Bis hier hin versehe ich es. Damit 5 es ja 5k teilen kann)

Dann gilt: b - 6a = -(a-6b) -5a -5b = 5 (-k-a-b)

Das Ergebnis hinter dem letzten Gleichzeichen verstehe ich. Dass man b-6a annimmt. also die Variablen vertauscht, auch. Aber alles danach, also das -(a-6b) -5a -5b verstehe ich nicht. Wie kommt man darauf?

- transitiv: Seien a,b,c € Z mit a≅b und b≅c. Dann existieren k,l € Z mit 5k = a-6b und 5l = b-6c. Dann gilt

a-6c = (a-6b) + (b-6c) +5b = 5k + 5l +5b = 5 (k+l+b) und somit a≅c.

Wie komme ich wieder auf den dick markierten Teil? Was mache ich denn da, um das so umzuwandeln? Und woher weiß ich, dass ich die blauen Terme addieren muss?


Vielen Dank im Voraus und liebe Grüße

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- reflexiv: Für a € Z gilt a-6a = -5a = 5 * (-1) und somit a≅a.

erste Frage: Fehlt hier nicht noch irgendwas? das a? und wieso hätte ich dann a≅a. gezeigt? weil 5 die 5*(-1)a teilt?

Du willst a≅a für alle \( a\in\mathbb Z\) zeigen.

sei also a eine beliebige ganze Zahl

a≅a gilt per Definition genau dann wenn 5 ein Teiler von a-6a=-5a = 5*(-a). (Hier ist ein Fehler bei dir. -a statt -1)

Das ist wohl der Fall.

symmetrisch: Seien a,b € Z mit a≅b, d.h. ∃k € Z mit 5k = a-6b. (Bis hier hin versehe ich es. Damit 5 es ja 5k teilen kann)

Du willst hier zeigen wenn a≅b dann gilt auch b≅a. Also dass wenn 5 | a-6b, dass dann auch 6 | b - 6a

Seien a,b € Z mit a≅b, d.h. ∃k € Z mit 5k = a-6b. Wenn das bis dahin klar ist, gut.

Dann gilt: b - 6a = -(a-6b) -5a -5b = 5 (-k-a-b)

Dass man b-6a annimmt.

Die Formulierung verstehe ich nicht. Hier wird nichts angenommen. Du musst zeigen dass dieser Term durch 5 teilbar ist

Aber alles danach, also das -(a-6b) -5a -5b verstehe ich nicht. Wie kommt man darauf?

Nun ja, Genau ist ja das schwierige an Beweisen: Dass man darauf erst einmal kommen muss.
Du weißt ja nach Annahme, dass a-6b durch 5 teilbar ist. Wenn wir dazu jetzt durch 5 teilbare Zahlen addieren bleibt das auch so:

a-6b + 5a - 6b = 6a-b

Ist also auch durch 5 teilbar. Wenn wir das mit -1 multiplizieren bleibt es durch 5 teilbar. Somit ist auch b-6a durch 5 teilbar. Und das war zu zeigen.

a-6c = (a-6b) + (b-6c) +5b = 5k + 5l +5b = 5 (k+l+b) und somit a≅c.

Wie komme ich wieder auf den dick markierten Teil?


Du weißt nach Annahme, dass a-6b und b-6c durch 5 teilbar sind. Möchtest zeigen, dass dann auch a-6c durch 5 teilbar ist

Was mache ich denn da, um das so umzuwandeln?


Jetzt fügt man geschickt eine 0 ein (wirklich elementares Beweis-Handwerkszeug, bei Produkten fügt man gelegentlich 1er hinzu)

a-6c = a-6c +(-6b + 1b +5b)

Um die Teilbarkeit von a-6c mit der Teilbarkeit von a-6b und b-6c zu "verknüpfen" bzw. halt mit den Annahmen arbeiten zu können.

Umgeformt dann eben was oben steht: a-6c = (a-6b) + (b-6c) + 5b
Das ist eine Summe in der jeder Summand durch 5 teilbar ist, also ist auch a-6c durch 5 teilbar. Und das war zu zeigen.

Und woher weiß ich, dass ich die blauen Terme addieren muss?

Es gibt keinen (einfachen) Algorithmus wie man Dinge beweist. Vieles beim Beweisen hat mit Erfahrung zu tun. Du wirst vermutlich öfters Beweise sehe bei denen man in Summe geschickt 0er und in Produkten 1er hinzufügt. Irgendwann verinnerlicht man diese Tricks und wendet sie dann selbstständig an.

Man könnte zunächst
\(5\,|\,a-6b\iff 5\,|\,a-b\) zeigen, dann ist alles einfacher ...
Gruß ermanus

1 Antwort

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Für a € Z gilt a-6a = -5a = 5 * (-1)

Da fehlt ein a.

weil 5 die 5*(-1)a teilt?

Ja.

Wie kommt man darauf?

Diese Frage kann auf zwei Arten aufgefasst werden.

  • Woher bekommt man die Idee, den Term b - 6a zu -(a-6b) -5a -5b umzuformen?
  • Laut welcher Rechenregeln darf b - 6a zu -(a-6b) -5a -5b umgeformt werden?

Für ersteres: Erfahrung

Für letzteres: löse in dem Term -(a-6b) -5a -5b die Klammern auf und fasse zusammen.

Wie komme ich wieder auf den dick markierten Teil?

Siehe Symmetrie.

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