Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (210 - 14007) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(210 - 14007) mod 7 ≡ (210 mod 7 - 14007 mod 7) mod 7.

210 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 210 = 210+0 = 7 ⋅ 30 +0.

14007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14007 = 14000+7 = 7 ⋅ 2000 +7.

Somit gilt:

(210 - 14007) mod 7 ≡ (0 - 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 56) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 56) mod 3 ≡ (93 mod 3 ⋅ 56 mod 3) mod 3.

93 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 93 + 0 = 31 ⋅ 3 + 0 ist.

56 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 18 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 56) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32432 mod 383.

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. 324 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 3241=324

2: 3242=3241+1=3241⋅3241 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 34 mod 383

4: 3244=3242+2=3242⋅3242 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 7 mod 383

8: 3248=3244+4=3244⋅3244 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 383

16: 32416=3248+8=3248⋅3248 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 103 mod 383

32: 32432=32416+16=32416⋅32416 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 268 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 13163 mod 307.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:

63 = 32+16+8+4+2+1

1: 1311=131

2: 1312=1311+1=1311⋅1311 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 276 mod 307

4: 1314=1312+2=1312⋅1312 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 40 mod 307

8: 1318=1314+4=1314⋅1314 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 65 mod 307

16: 13116=1318+8=1318⋅1318 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 234 mod 307

32: 13132=13116+16=13116⋅13116 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 110 mod 307

13163

= 13132+16+8+4+2+1

= 13132⋅13116⋅1318⋅1314⋅1312⋅1311

110 ⋅ 234 ⋅ 65 ⋅ 40 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307
25740 ⋅ 65 ⋅ 40 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307 ≡ 259 ⋅ 65 ⋅ 40 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307
16835 ⋅ 40 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307 ≡ 257 ⋅ 40 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307
10280 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307 ≡ 149 ⋅ 276 ⋅ 131 mod 307
41124 ⋅ 131 mod 307 ≡ 293 ⋅ 131 mod 307
38383 mod 307 ≡ 8 mod 307

Es gilt also: 13163 ≡ 8 mod 307

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 38

=>67 = 1⋅38 + 29
=>38 = 1⋅29 + 9
=>29 = 3⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,38)=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= 9-4⋅2
2= 29-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(29 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅29 +12⋅ 9)
= -4⋅29 +13⋅ 9 (=1)
9= 38-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +13⋅(38 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +13⋅38 -13⋅ 29)
= 13⋅38 -17⋅ 29 (=1)
29= 67-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅38 -17⋅(67 -1⋅ 38)
= 13⋅38 -17⋅67 +17⋅ 38)
= -17⋅67 +30⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(67,38)=1 = -17⋅67 +30⋅38

oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅67 = +30⋅38

Es gilt also: 30⋅38 = 17⋅67 +1

Somit 30⋅38 = 1 mod 67

30 ist also das Inverse von 38 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.