Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4497 - 4491) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4497 - 4491) mod 9 ≡ (4497 mod 9 - 4491 mod 9) mod 9.

4497 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4497 = 4500-3 = 9 ⋅ 500 -3 = 9 ⋅ 500 - 9 + 6.

4491 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4491 = 4500-9 = 9 ⋅ 500 -9 = 9 ⋅ 500 - 9 + 0.

Somit gilt:

(4497 - 4491) mod 9 ≡ (6 - 0) mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 83) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(49 ⋅ 83) mod 11 ≡ (49 mod 11 ⋅ 83 mod 11) mod 11.

49 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 44 + 5 = 4 ⋅ 11 + 5 ist.

83 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 7 ⋅ 11 + 6 ist.

Somit gilt:

(49 ⋅ 83) mod 11 ≡ (5 ⋅ 6) mod 11 ≡ 30 mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23616 mod 293.

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. 236 -> x
2. mod(x²,293) -> 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: 2361=236

2: 2362=2361+1=2361⋅2361 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 26 mod 293

4: 2364=2362+2=2362⋅2362 ≡ 26⋅26=676 ≡ 90 mod 293

8: 2368=2364+4=2364⋅2364 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 189 mod 293

16: 23616=2368+8=2368⋅2368 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 268 mod 293

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 764109 mod 863.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:

109 = 64+32+8+4+1

1: 7641=764

2: 7642=7641+1=7641⋅7641 ≡ 764⋅764=583696 ≡ 308 mod 863

4: 7644=7642+2=7642⋅7642 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 797 mod 863

8: 7648=7644+4=7644⋅7644 ≡ 797⋅797=635209 ≡ 41 mod 863

16: 76416=7648+8=7648⋅7648 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 818 mod 863

32: 76432=76416+16=76416⋅76416 ≡ 818⋅818=669124 ≡ 299 mod 863

64: 76464=76432+32=76432⋅76432 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 512 mod 863

764109

= 76464+32+8+4+1

= 76464⋅76432⋅7648⋅7644⋅7641

512 ⋅ 299 ⋅ 41 ⋅ 797 ⋅ 764 mod 863
153088 ⋅ 41 ⋅ 797 ⋅ 764 mod 863 ≡ 337 ⋅ 41 ⋅ 797 ⋅ 764 mod 863
13817 ⋅ 797 ⋅ 764 mod 863 ≡ 9 ⋅ 797 ⋅ 764 mod 863
7173 ⋅ 764 mod 863 ≡ 269 ⋅ 764 mod 863
205516 mod 863 ≡ 122 mod 863

Es gilt also: 764109 ≡ 122 mod 863

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54

=>73 = 1⋅54 + 19
=>54 = 2⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,54)=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= 16-5⋅3
3= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 54-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19)
= 6⋅54 -17⋅ 19 (=1)
19= 73-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54)
= -17⋅73 +23⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54

oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅73 = +23⋅54

Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1

Somit 23⋅54 = 1 mod 73

23 ist also das Inverse von 54 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.