Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18003 - 274) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18003 - 274) mod 9 ≡ (18003 mod 9 - 274 mod 9) mod 9.

18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 9 ⋅ 2000 +3.

274 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 274 = 270+4 = 9 ⋅ 30 +4.

Somit gilt:

(18003 - 274) mod 9 ≡ (3 - 4) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 48) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 48) mod 3 ≡ (95 mod 3 ⋅ 48 mod 3) mod 3.

95 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 93 + 2 = 31 ⋅ 3 + 2 ist.

48 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 16 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 48) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28132 mod 563.

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. 281 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 2811=281

2: 2812=2811+1=2811⋅2811 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 141 mod 563

4: 2814=2812+2=2812⋅2812 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 176 mod 563

8: 2818=2814+4=2814⋅2814 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 11 mod 563

16: 28116=2818+8=2818⋅2818 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 563

32: 28132=28116+16=28116⋅28116 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 3 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 150159 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:

159 = 128+16+8+4+2+1

1: 1501=150

2: 1502=1501+1=1501⋅1501 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 417 mod 433

4: 1504=1502+2=1502⋅1502 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 256 mod 433

8: 1508=1504+4=1504⋅1504 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 153 mod 433

16: 15016=1508+8=1508⋅1508 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 27 mod 433

32: 15032=15016+16=15016⋅15016 ≡ 27⋅27=729 ≡ 296 mod 433

64: 15064=15032+32=15032⋅15032 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 150 mod 433

128: 150128=15064+64=15064⋅15064 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 417 mod 433

150159

= 150128+16+8+4+2+1

= 150128⋅15016⋅1508⋅1504⋅1502⋅1501

417 ⋅ 27 ⋅ 153 ⋅ 256 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433
11259 ⋅ 153 ⋅ 256 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433 ≡ 1 ⋅ 153 ⋅ 256 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433
153 ⋅ 256 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433
39168 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433 ≡ 198 ⋅ 417 ⋅ 150 mod 433
82566 ⋅ 150 mod 433 ≡ 296 ⋅ 150 mod 433
44400 mod 433 ≡ 234 mod 433

Es gilt also: 150159 ≡ 234 mod 433

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 = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.