Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4503 + 359) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4503 + 359) mod 9 ≡ (4503 mod 9 + 359 mod 9) mod 9.

4503 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4503 = 4500+3 = 9 ⋅ 500 +3.

359 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 359 = 360-1 = 9 ⋅ 40 -1 = 9 ⋅ 40 - 9 + 8.

Somit gilt:

(4503 + 359) mod 9 ≡ (3 + 8) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 75) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 75) mod 6 ≡ (35 mod 6 ⋅ 75 mod 6) mod 6.

35 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 30 + 5 = 5 ⋅ 6 + 5 ist.

75 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 12 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 75) mod 6 ≡ (5 ⋅ 3) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23064 mod 389.

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. 230 -> x
2. mod(x²,389) -> 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: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 385 mod 389

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 16 mod 389

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 389

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 184 mod 389

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 13 mod 389

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 389

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 333188 mod 577.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:

188 = 128+32+16+8+4

1: 3331=333

2: 3332=3331+1=3331⋅3331 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 105 mod 577

4: 3334=3332+2=3332⋅3332 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 62 mod 577

8: 3338=3334+4=3334⋅3334 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 382 mod 577

16: 33316=3338+8=3338⋅3338 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 520 mod 577

32: 33332=33316+16=33316⋅33316 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 364 mod 577

64: 33364=33332+32=33332⋅33332 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 363 mod 577

128: 333128=33364+64=33364⋅33364 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 213 mod 577

333188

= 333128+32+16+8+4

= 333128⋅33332⋅33316⋅3338⋅3334

213 ⋅ 364 ⋅ 520 ⋅ 382 ⋅ 62 mod 577
77532 ⋅ 520 ⋅ 382 ⋅ 62 mod 577 ≡ 214 ⋅ 520 ⋅ 382 ⋅ 62 mod 577
111280 ⋅ 382 ⋅ 62 mod 577 ≡ 496 ⋅ 382 ⋅ 62 mod 577
189472 ⋅ 62 mod 577 ≡ 216 ⋅ 62 mod 577
13392 mod 577 ≡ 121 mod 577

Es gilt also: 333188 ≡ 121 mod 577

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42

=>71 = 1⋅42 + 29
=>42 = 1⋅29 + 13
=>29 = 2⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,42)=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= 29-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13)
= -4⋅29 +9⋅ 13 (=1)
13= 42-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29)
= 9⋅42 -13⋅ 29 (=1)
29= 71-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42)
= -13⋅71 +22⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +22⋅42

Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1

Somit 22⋅42 = 1 mod 71

22 ist also das Inverse von 42 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.