Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (505 - 149) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(505 - 149) mod 5 ≡ (505 mod 5 - 149 mod 5) mod 5.

505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 505 = 500+5 = 5 ⋅ 100 +5.

149 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 149 = 140+9 = 5 ⋅ 28 +9.

Somit gilt:

(505 - 149) mod 5 ≡ (0 - 4) mod 5 ≡ -4 mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 87) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 87) mod 6 ≡ (96 mod 6 ⋅ 87 mod 6) mod 6.

96 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 16 ⋅ 6 + 0 ist.

87 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 14 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 87) mod 6 ≡ (0 ⋅ 3) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46916 mod 691.

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. 469 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 4691=469

2: 4692=4691+1=4691⋅4691 ≡ 469⋅469=219961 ≡ 223 mod 691

4: 4694=4692+2=4692⋅4692 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 668 mod 691

8: 4698=4694+4=4694⋅4694 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 529 mod 691

16: 46916=4698+8=4698⋅4698 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 677 mod 691

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 134202 mod 307.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 202 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 202 an und zerlegen 202 in eine Summer von 2er-Potenzen:

202 = 128+64+8+2

1: 1341=134

2: 1342=1341+1=1341⋅1341 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 150 mod 307

4: 1344=1342+2=1342⋅1342 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 89 mod 307

8: 1348=1344+4=1344⋅1344 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 246 mod 307

16: 13416=1348+8=1348⋅1348 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 37 mod 307

32: 13432=13416+16=13416⋅13416 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 141 mod 307

64: 13464=13432+32=13432⋅13432 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 233 mod 307

128: 134128=13464+64=13464⋅13464 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 257 mod 307

134202

= 134128+64+8+2

= 134128⋅13464⋅1348⋅1342

257 ⋅ 233 ⋅ 246 ⋅ 150 mod 307
59881 ⋅ 246 ⋅ 150 mod 307 ≡ 16 ⋅ 246 ⋅ 150 mod 307
3936 ⋅ 150 mod 307 ≡ 252 ⋅ 150 mod 307
37800 mod 307 ≡ 39 mod 307

Es gilt also: 134202 ≡ 39 mod 307

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 34

=>73 = 2⋅34 + 5
=>34 = 6⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,34)=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= 5-1⋅4
4= 34-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(34 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅34 +6⋅ 5)
= -1⋅34 +7⋅ 5 (=1)
5= 73-2⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅34 +7⋅(73 -2⋅ 34)
= -1⋅34 +7⋅73 -14⋅ 34)
= 7⋅73 -15⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(73,34)=1 = 7⋅73 -15⋅34

oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅73 = -15⋅34

-15⋅34 = -7⋅73 + 1 |+73⋅34

-15⋅34 + 73⋅34 = -7⋅73 + 73⋅34 + 1

(-15 + 73) ⋅ 34 = (-7 + 34) ⋅ 73 + 1

58⋅34 = 27⋅73 + 1

Es gilt also: 58⋅34 = 27⋅73 +1

Somit 58⋅34 = 1 mod 73

58 ist also das Inverse von 34 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.