Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2997 + 2404) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2997 + 2404) mod 6 ≡ (2997 mod 6 + 2404 mod 6) mod 6.

2997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2997 = 3000-3 = 6 ⋅ 500 -3 = 6 ⋅ 500 - 6 + 3.

2404 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2404 = 2400+4 = 6 ⋅ 400 +4.

Somit gilt:

(2997 + 2404) mod 6 ≡ (3 + 4) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 80) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 80) mod 9 ≡ (73 mod 9 ⋅ 80 mod 9) mod 9.

73 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 8 ⋅ 9 + 1 ist.

80 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 72 + 8 = 8 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 80) mod 9 ≡ (1 ⋅ 8) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26116 mod 563.

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. 261 -> 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: 2611=261

2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 561 mod 563

4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 4 mod 563

8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 563

16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 287183 mod 503.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 2871=287

2: 2872=2871+1=2871⋅2871 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 380 mod 503

4: 2874=2872+2=2872⋅2872 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 39 mod 503

8: 2878=2874+4=2874⋅2874 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 12 mod 503

16: 28716=2878+8=2878⋅2878 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 503

32: 28732=28716+16=28716⋅28716 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 113 mod 503

64: 28764=28732+32=28732⋅28732 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 194 mod 503

128: 287128=28764+64=28764⋅28764 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 414 mod 503

287183

= 287128+32+16+4+2+1

= 287128⋅28732⋅28716⋅2874⋅2872⋅2871

414 ⋅ 113 ⋅ 144 ⋅ 39 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503
46782 ⋅ 144 ⋅ 39 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503 ≡ 3 ⋅ 144 ⋅ 39 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503
432 ⋅ 39 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503
16848 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503 ≡ 249 ⋅ 380 ⋅ 287 mod 503
94620 ⋅ 287 mod 503 ≡ 56 ⋅ 287 mod 503
16072 mod 503 ≡ 479 mod 503

Es gilt also: 287183 ≡ 479 mod 503

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 59

=>71 = 1⋅59 + 12
=>59 = 4⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,59)=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= 12-1⋅11
11= 59-4⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(59 -4⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅59 +4⋅ 12)
= -1⋅59 +5⋅ 12 (=1)
12= 71-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +5⋅(71 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +5⋅71 -5⋅ 59)
= 5⋅71 -6⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(71,59)=1 = 5⋅71 -6⋅59

oder wenn man 5⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅71 = -6⋅59

-6⋅59 = -5⋅71 + 1 |+71⋅59

-6⋅59 + 71⋅59 = -5⋅71 + 71⋅59 + 1

(-6 + 71) ⋅ 59 = (-5 + 59) ⋅ 71 + 1

65⋅59 = 54⋅71 + 1

Es gilt also: 65⋅59 = 54⋅71 +1

Somit 65⋅59 = 1 mod 71

65 ist also das Inverse von 59 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.