Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8998 + 179) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8998 + 179) mod 9 ≡ (8998 mod 9 + 179 mod 9) mod 9.

8998 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8998 = 9000-2 = 9 ⋅ 1000 -2 = 9 ⋅ 1000 - 9 + 7.

179 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 179 = 180-1 = 9 ⋅ 20 -1 = 9 ⋅ 20 - 9 + 8.

Somit gilt:

(8998 + 179) mod 9 ≡ (7 + 8) mod 9 ≡ 15 mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 17) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 ⋅ 17) mod 10 ≡ (50 mod 10 ⋅ 17 mod 10) mod 10.

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

17 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 10 + 7 = 1 ⋅ 10 + 7 ist.

Somit gilt:

(50 ⋅ 17) mod 10 ≡ (0 ⋅ 7) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7078 mod 809.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 707 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 7071=707

2: 7072=7071+1=7071⋅7071 ≡ 707⋅707=499849 ≡ 696 mod 809

4: 7074=7072+2=7072⋅7072 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 634 mod 809

8: 7078=7074+4=7074⋅7074 ≡ 634⋅634=401956 ≡ 692 mod 809

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43486 mod 607.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 86 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 86 an und zerlegen 86 in eine Summer von 2er-Potenzen:

86 = 64+16+4+2

1: 4341=434

2: 4342=4341+1=4341⋅4341 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 186 mod 607

4: 4344=4342+2=4342⋅4342 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 604 mod 607

8: 4348=4344+4=4344⋅4344 ≡ 604⋅604=364816 ≡ 9 mod 607

16: 43416=4348+8=4348⋅4348 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 607

32: 43432=43416+16=43416⋅43416 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 491 mod 607

64: 43464=43432+32=43432⋅43432 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 102 mod 607

43486

= 43464+16+4+2

= 43464⋅43416⋅4344⋅4342

102 ⋅ 81 ⋅ 604 ⋅ 186 mod 607
8262 ⋅ 604 ⋅ 186 mod 607 ≡ 371 ⋅ 604 ⋅ 186 mod 607
224084 ⋅ 186 mod 607 ≡ 101 ⋅ 186 mod 607
18786 mod 607 ≡ 576 mod 607

Es gilt also: 43486 ≡ 576 mod 607

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 28

=>89 = 3⋅28 + 5
=>28 = 5⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,28)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 28-5⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(28 -5⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅28 -10⋅ 5)
= 2⋅28 -11⋅ 5 (=1)
5= 89-3⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅28 -11⋅(89 -3⋅ 28)
= 2⋅28 -11⋅89 +33⋅ 28)
= -11⋅89 +35⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(89,28)=1 = -11⋅89 +35⋅28

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +35⋅28

Es gilt also: 35⋅28 = 11⋅89 +1

Somit 35⋅28 = 1 mod 89

35 ist also das Inverse von 28 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.