Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23998 - 319) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23998 - 319) mod 8 ≡ (23998 mod 8 - 319 mod 8) mod 8.

23998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23998 = 23000+998 = 8 ⋅ 2875 +998.

319 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 319 = 320-1 = 8 ⋅ 40 -1 = 8 ⋅ 40 - 8 + 7.

Somit gilt:

(23998 - 319) mod 8 ≡ (6 - 7) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 61) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 61) mod 11 ≡ (36 mod 11 ⋅ 61 mod 11) mod 11.

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

61 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 55 + 6 = 5 ⋅ 11 + 6 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 61) mod 11 ≡ (3 ⋅ 6) mod 11 ≡ 18 mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 11664 mod 359.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 116 -> x
2. mod(x²,359) -> 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: 1161=116

2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 173 mod 359

4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 132 mod 359

8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 192 mod 359

16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 246 mod 359

32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 204 mod 359

64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 331 mod 359

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 499133 mod 653.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 133 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 133 an und zerlegen 133 in eine Summer von 2er-Potenzen:

133 = 128+4+1

1: 4991=499

2: 4992=4991+1=4991⋅4991 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 208 mod 653

4: 4994=4992+2=4992⋅4992 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 166 mod 653

8: 4998=4994+4=4994⋅4994 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 130 mod 653

16: 49916=4998+8=4998⋅4998 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 575 mod 653

32: 49932=49916+16=49916⋅49916 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 207 mod 653

64: 49964=49932+32=49932⋅49932 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 404 mod 653

128: 499128=49964+64=49964⋅49964 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 619 mod 653

499133

= 499128+4+1

= 499128⋅4994⋅4991

619 ⋅ 166 ⋅ 499 mod 653
102754 ⋅ 499 mod 653 ≡ 233 ⋅ 499 mod 653
116267 mod 653 ≡ 33 mod 653

Es gilt also: 499133 ≡ 33 mod 653

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 48

=>67 = 1⋅48 + 19
=>48 = 2⋅19 + 10
=>19 = 1⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,48)=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= 10-1⋅9
9= 19-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(19 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅19 +1⋅ 10)
= -1⋅19 +2⋅ 10 (=1)
10= 48-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +2⋅(48 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +2⋅48 -4⋅ 19)
= 2⋅48 -5⋅ 19 (=1)
19= 67-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅48 -5⋅(67 -1⋅ 48)
= 2⋅48 -5⋅67 +5⋅ 48)
= -5⋅67 +7⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(67,48)=1 = -5⋅67 +7⋅48

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +7⋅48

Es gilt also: 7⋅48 = 5⋅67 +1

Somit 7⋅48 = 1 mod 67

7 ist also das Inverse von 48 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.