Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (149 + 118) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(149 + 118) mod 3 ≡ (149 mod 3 + 118 mod 3) mod 3.

149 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 149 = 150-1 = 3 ⋅ 50 -1 = 3 ⋅ 50 - 3 + 2.

118 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118 = 120-2 = 3 ⋅ 40 -2 = 3 ⋅ 40 - 3 + 1.

Somit gilt:

(149 + 118) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 38) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 38) mod 5 ≡ (66 mod 5 ⋅ 38 mod 5) mod 5.

66 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 65 + 1 = 13 ⋅ 5 + 1 ist.

38 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 35 + 3 = 7 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 38) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46016 mod 797.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 460 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 4601=460

2: 4602=4601+1=4601⋅4601 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 395 mod 797

4: 4604=4602+2=4602⋅4602 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 610 mod 797

8: 4608=4604+4=4604⋅4604 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 698 mod 797

16: 46016=4608+8=4608⋅4608 ≡ 698⋅698=487204 ≡ 237 mod 797

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 554248 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 5541=554

2: 5542=5541+1=5541⋅5541 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 511 mod 619

4: 5544=5542+2=5542⋅5542 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 522 mod 619

8: 5548=5544+4=5544⋅5544 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 124 mod 619

16: 55416=5548+8=5548⋅5548 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 520 mod 619

32: 55432=55416+16=55416⋅55416 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 516 mod 619

64: 55464=55432+32=55432⋅55432 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 86 mod 619

128: 554128=55464+64=55464⋅55464 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 587 mod 619

554248

= 554128+64+32+16+8

= 554128⋅55464⋅55432⋅55416⋅5548

587 ⋅ 86 ⋅ 516 ⋅ 520 ⋅ 124 mod 619
50482 ⋅ 516 ⋅ 520 ⋅ 124 mod 619 ≡ 343 ⋅ 516 ⋅ 520 ⋅ 124 mod 619
176988 ⋅ 520 ⋅ 124 mod 619 ≡ 573 ⋅ 520 ⋅ 124 mod 619
297960 ⋅ 124 mod 619 ≡ 221 ⋅ 124 mod 619
27404 mod 619 ≡ 168 mod 619

Es gilt also: 554248 ≡ 168 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 89.

Also bestimme x, so dass 89 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 89

=>101 = 1⋅89 + 12
=>89 = 7⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,89)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 89-7⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(89 -7⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅89 -35⋅ 12)
= 5⋅89 -37⋅ 12 (=1)
12= 101-1⋅89 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅89 -37⋅(101 -1⋅ 89)
= 5⋅89 -37⋅101 +37⋅ 89)
= -37⋅101 +42⋅ 89 (=1)

Es gilt also: ggt(101,89)=1 = -37⋅101 +42⋅89

oder wenn man -37⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +37⋅101 = +42⋅89

Es gilt also: 42⋅89 = 37⋅101 +1

Somit 42⋅89 = 1 mod 101

42 ist also das Inverse von 89 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.