Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (44994 - 173) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(44994 - 173) mod 9 ≡ (44994 mod 9 - 173 mod 9) mod 9.

44994 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44994 = 45000-6 = 9 ⋅ 5000 -6 = 9 ⋅ 5000 - 9 + 3.

173 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 173 = 180-7 = 9 ⋅ 20 -7 = 9 ⋅ 20 - 9 + 2.

Somit gilt:

(44994 - 173) mod 9 ≡ (3 - 2) mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 21) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 21) mod 5 ≡ (34 mod 5 ⋅ 21 mod 5) mod 5.

34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.

21 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 20 + 1 = 4 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 21) mod 5 ≡ (4 ⋅ 1) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 75264 mod 757.

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. 752 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 7521=752

2: 7522=7521+1=7521⋅7521 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 25 mod 757

4: 7524=7522+2=7522⋅7522 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 757

8: 7528=7524+4=7524⋅7524 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 13 mod 757

16: 75216=7528+8=7528⋅7528 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 757

32: 75232=75216+16=75216⋅75216 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 552 mod 757

64: 75264=75232+32=75232⋅75232 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 390 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 287158 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:

158 = 128+16+8+4+2

1: 2871=287

2: 2872=2871+1=2871⋅2871 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 161 mod 367

4: 2874=2872+2=2872⋅2872 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 231 mod 367

8: 2878=2874+4=2874⋅2874 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 146 mod 367

16: 28716=2878+8=2878⋅2878 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 30 mod 367

32: 28732=28716+16=28716⋅28716 ≡ 30⋅30=900 ≡ 166 mod 367

64: 28764=28732+32=28732⋅28732 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 31 mod 367

128: 287128=28764+64=28764⋅28764 ≡ 31⋅31=961 ≡ 227 mod 367

287158

= 287128+16+8+4+2

= 287128⋅28716⋅2878⋅2874⋅2872

227 ⋅ 30 ⋅ 146 ⋅ 231 ⋅ 161 mod 367
6810 ⋅ 146 ⋅ 231 ⋅ 161 mod 367 ≡ 204 ⋅ 146 ⋅ 231 ⋅ 161 mod 367
29784 ⋅ 231 ⋅ 161 mod 367 ≡ 57 ⋅ 231 ⋅ 161 mod 367
13167 ⋅ 161 mod 367 ≡ 322 ⋅ 161 mod 367
51842 mod 367 ≡ 95 mod 367

Es gilt also: 287158 ≡ 95 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 48

=>53 = 1⋅48 + 5
=>48 = 9⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,48)=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= 48-9⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(48 -9⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅48 -18⋅ 5)
= 2⋅48 -19⋅ 5 (=1)
5= 53-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅48 -19⋅(53 -1⋅ 48)
= 2⋅48 -19⋅53 +19⋅ 48)
= -19⋅53 +21⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(53,48)=1 = -19⋅53 +21⋅48

oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅53 = +21⋅48

Es gilt also: 21⋅48 = 19⋅53 +1

Somit 21⋅48 = 1 mod 53

21 ist also das Inverse von 48 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.