Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 - 14996) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 - 14996) mod 5 ≡ (50 mod 5 - 14996 mod 5) mod 5.

50 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50+0 = 5 ⋅ 10 +0.

14996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14996 = 14000+996 = 5 ⋅ 2800 +996.

Somit gilt:

(50 - 14996) mod 5 ≡ (0 - 1) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 59) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 59) mod 7 ≡ (39 mod 7 ⋅ 59 mod 7) mod 7.

39 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 35 + 4 = 5 ⋅ 7 + 4 ist.

59 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 8 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 59) mod 7 ≡ (4 ⋅ 3) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19264 mod 229.

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. 192 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 1921=192

2: 1922=1921+1=1921⋅1921 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 224 mod 229

4: 1924=1922+2=1922⋅1922 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 25 mod 229

8: 1928=1924+4=1924⋅1924 ≡ 25⋅25=625 ≡ 167 mod 229

16: 19216=1928+8=1928⋅1928 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 180 mod 229

32: 19232=19216+16=19216⋅19216 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 111 mod 229

64: 19264=19232+32=19232⋅19232 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 184 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9890 mod 251.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 90 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 90 an und zerlegen 90 in eine Summer von 2er-Potenzen:

90 = 64+16+8+2

1: 981=98

2: 982=981+1=981⋅981 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 66 mod 251

4: 984=982+2=982⋅982 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 89 mod 251

8: 988=984+4=984⋅984 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 140 mod 251

16: 9816=988+8=988⋅988 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 22 mod 251

32: 9832=9816+16=9816⋅9816 ≡ 22⋅22=484 ≡ 233 mod 251

64: 9864=9832+32=9832⋅9832 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 73 mod 251

9890

= 9864+16+8+2

= 9864⋅9816⋅988⋅982

73 ⋅ 22 ⋅ 140 ⋅ 66 mod 251
1606 ⋅ 140 ⋅ 66 mod 251 ≡ 100 ⋅ 140 ⋅ 66 mod 251
14000 ⋅ 66 mod 251 ≡ 195 ⋅ 66 mod 251
12870 mod 251 ≡ 69 mod 251

Es gilt also: 9890 ≡ 69 mod 251

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 = 89 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.