Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (295 + 11994) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(295 + 11994) mod 6 ≡ (295 mod 6 + 11994 mod 6) mod 6.

295 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 295 = 300-5 = 6 ⋅ 50 -5 = 6 ⋅ 50 - 6 + 1.

11994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11994 = 12000-6 = 6 ⋅ 2000 -6 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 0.

Somit gilt:

(295 + 11994) mod 6 ≡ (1 + 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 75) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 75) mod 4 ≡ (45 mod 4 ⋅ 75 mod 4) mod 4.

45 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 44 + 1 = 11 ⋅ 4 + 1 ist.

75 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 18 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 75) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18464 mod 211.

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. 184 -> x
2. mod(x²,211) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 96 mod 211

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 143 mod 211

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 193 mod 211

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 113 mod 211

32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 109 mod 211

64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 65 mod 211

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 391242 mod 479.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 3911=391

2: 3912=3911+1=3911⋅3911 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 80 mod 479

4: 3914=3912+2=3912⋅3912 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 173 mod 479

8: 3918=3914+4=3914⋅3914 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 231 mod 479

16: 39116=3918+8=3918⋅3918 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 192 mod 479

32: 39132=39116+16=39116⋅39116 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 460 mod 479

64: 39164=39132+32=39132⋅39132 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 361 mod 479

128: 391128=39164+64=39164⋅39164 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 33 mod 479

391242

= 391128+64+32+16+2

= 391128⋅39164⋅39132⋅39116⋅3912

33 ⋅ 361 ⋅ 460 ⋅ 192 ⋅ 80 mod 479
11913 ⋅ 460 ⋅ 192 ⋅ 80 mod 479 ≡ 417 ⋅ 460 ⋅ 192 ⋅ 80 mod 479
191820 ⋅ 192 ⋅ 80 mod 479 ≡ 220 ⋅ 192 ⋅ 80 mod 479
42240 ⋅ 80 mod 479 ≡ 88 ⋅ 80 mod 479
7040 mod 479 ≡ 334 mod 479

Es gilt also: 391242 ≡ 334 mod 479

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 64.

Also bestimme x, so dass 64 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 64

=>79 = 1⋅64 + 15
=>64 = 4⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,64)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 64-4⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(64 -4⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅64 -16⋅ 15)
= 4⋅64 -17⋅ 15 (=1)
15= 79-1⋅64 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅64 -17⋅(79 -1⋅ 64)
= 4⋅64 -17⋅79 +17⋅ 64)
= -17⋅79 +21⋅ 64 (=1)

Es gilt also: ggt(79,64)=1 = -17⋅79 +21⋅64

oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅79 = +21⋅64

Es gilt also: 21⋅64 = 17⋅79 +1

Somit 21⋅64 = 1 mod 79

21 ist also das Inverse von 64 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.