Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3606 + 3598) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3606 + 3598) mod 9 ≡ (3606 mod 9 + 3598 mod 9) mod 9.

3606 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3606 = 3600+6 = 9 ⋅ 400 +6.

3598 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3598 = 3600-2 = 9 ⋅ 400 -2 = 9 ⋅ 400 - 9 + 7.

Somit gilt:

(3606 + 3598) mod 9 ≡ (6 + 7) mod 9 ≡ 13 mod 9 ≡ 4 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 79) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 79) mod 11 ≡ (36 mod 11 ⋅ 79 mod 11) mod 11.

36 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 33 + 3 = 3 ⋅ 11 + 3 ist.

79 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 77 + 2 = 7 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 79) mod 11 ≡ (3 ⋅ 2) mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1858 mod 241.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 185 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 1851=185

2: 1852=1851+1=1851⋅1851 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 3 mod 241

4: 1854=1852+2=1852⋅1852 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 241

8: 1858=1854+4=1854⋅1854 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 463152 mod 733.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 152 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 152 an und zerlegen 152 in eine Summer von 2er-Potenzen:

152 = 128+16+8

1: 4631=463

2: 4632=4631+1=4631⋅4631 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 333 mod 733

4: 4634=4632+2=4632⋅4632 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 206 mod 733

8: 4638=4634+4=4634⋅4634 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 655 mod 733

16: 46316=4638+8=4638⋅4638 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 220 mod 733

32: 46332=46316+16=46316⋅46316 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 22 mod 733

64: 46364=46332+32=46332⋅46332 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 733

128: 463128=46364+64=46364⋅46364 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 429 mod 733

463152

= 463128+16+8

= 463128⋅46316⋅4638

429 ⋅ 220 ⋅ 655 mod 733
94380 ⋅ 655 mod 733 ≡ 556 ⋅ 655 mod 733
364180 mod 733 ≡ 612 mod 733

Es gilt also: 463152 ≡ 612 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 23

=>61 = 2⋅23 + 15
=>23 = 1⋅15 + 8
=>15 = 1⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,23)=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= 8-1⋅7
7= 15-1⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8)
= -1⋅15 +2⋅ 8 (=1)
8= 23-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +2⋅(23 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅23 -2⋅ 15)
= 2⋅23 -3⋅ 15 (=1)
15= 61-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅23 -3⋅(61 -2⋅ 23)
= 2⋅23 -3⋅61 +6⋅ 23)
= -3⋅61 +8⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(61,23)=1 = -3⋅61 +8⋅23

oder wenn man -3⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅61 = +8⋅23

Es gilt also: 8⋅23 = 3⋅61 +1

Somit 8⋅23 = 1 mod 61

8 ist also das Inverse von 23 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.