Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14999 + 300) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14999 + 300) mod 3 ≡ (14999 mod 3 + 300 mod 3) mod 3.

14999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14999 = 15000-1 = 3 ⋅ 5000 -1 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 2.

300 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300 = 300+0 = 3 ⋅ 100 +0.

Somit gilt:

(14999 + 300) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 81) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 81) mod 3 ≡ (57 mod 3 ⋅ 81 mod 3) mod 3.

57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 57 + 0 = 19 ⋅ 3 + 0 ist.

81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 81) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 70232 mod 823.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

Deswegen quadrieren wir einfach mit jedem Schritt das Ergebnis und kommen so immer eine 2er-Potenz im Exponenten höher:

Zur technischen Durchführung mit einem TI-WTR bietet sich folgende Vorgehensweise an:
1. 702 -> x
2. mod(x²,823) -> x

  • den Pfeil "->" erhält man durch Drücken der [sto->]-Taste
  • die x-Taste ist direkt darüber
  • "mod" erhält man durch [math]->NUM->8:mod
  • das Komma "," erhält man durch Drücken von [2nd][.]

1: 7021=702

2: 7022=7021+1=7021⋅7021 ≡ 702⋅702=492804 ≡ 650 mod 823

4: 7024=7022+2=7022⋅7022 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 301 mod 823

8: 7028=7024+4=7024⋅7024 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 71 mod 823

16: 70216=7028+8=7028⋅7028 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 103 mod 823

32: 70232=70216+16=70216⋅70216 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 733 mod 823

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36887 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:

87 = 64+16+4+2+1

1: 3681=368

2: 3682=3681+1=3681⋅3681 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 490 mod 523

4: 3684=3682+2=3682⋅3682 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 43 mod 523

8: 3688=3684+4=3684⋅3684 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 280 mod 523

16: 36816=3688+8=3688⋅3688 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 473 mod 523

32: 36832=36816+16=36816⋅36816 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 408 mod 523

64: 36864=36832+32=36832⋅36832 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 150 mod 523

36887

= 36864+16+4+2+1

= 36864⋅36816⋅3684⋅3682⋅3681

150 ⋅ 473 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
70950 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523 ≡ 345 ⋅ 43 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
14835 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523 ≡ 191 ⋅ 490 ⋅ 368 mod 523
93590 ⋅ 368 mod 523 ≡ 496 ⋅ 368 mod 523
182528 mod 523 ≡ 1 mod 523

Es gilt also: 36887 ≡ 1 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45

=>61 = 1⋅45 + 16
=>45 = 2⋅16 + 13
=>16 = 1⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,45)=1

Jetzt formen wir jede Zeile von unten nach oben um indem wir das Prokukt auf die andere Seite bringen.
Wir starten mit der zweitletzten Zeile:

1= 13-4⋅3
3= 16-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13)
= -4⋅16 +5⋅ 13 (=1)
13= 45-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16)
= 5⋅45 -14⋅ 16 (=1)
16= 61-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45)
= -14⋅61 +19⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45

oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅61 = +19⋅45

Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1

Somit 19⋅45 = 1 mod 61

19 ist also das Inverse von 45 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.