Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40000 - 164) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40000 - 164) mod 8 ≡ (40000 mod 8 - 164 mod 8) mod 8.

40000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40000 = 40000+0 = 8 ⋅ 5000 +0.

164 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 164 = 160+4 = 8 ⋅ 20 +4.

Somit gilt:

(40000 - 164) mod 8 ≡ (0 - 4) mod 8 ≡ -4 mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 74) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 74) mod 5 ≡ (28 mod 5 ⋅ 74 mod 5) mod 5.

28 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 25 + 3 = 5 ⋅ 5 + 3 ist.

74 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 14 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 74) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48464 mod 883.

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. 484 -> x
2. mod(x²,883) -> 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: 4841=484

2: 4842=4841+1=4841⋅4841 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 261 mod 883

4: 4844=4842+2=4842⋅4842 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 130 mod 883

8: 4848=4844+4=4844⋅4844 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 123 mod 883

16: 48416=4848+8=4848⋅4848 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 118 mod 883

32: 48432=48416+16=48416⋅48416 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 679 mod 883

64: 48464=48432+32=48432⋅48432 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 115 mod 883

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 376169 mod 983.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 169 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 169 an und zerlegen 169 in eine Summer von 2er-Potenzen:

169 = 128+32+8+1

1: 3761=376

2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 807 mod 983

4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 807⋅807=651249 ≡ 503 mod 983

8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 378 mod 983

16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 349 mod 983

32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 892 mod 983

64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 892⋅892=795664 ≡ 417 mod 983

128: 376128=37664+64=37664⋅37664 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 881 mod 983

376169

= 376128+32+8+1

= 376128⋅37632⋅3768⋅3761

881 ⋅ 892 ⋅ 378 ⋅ 376 mod 983
785852 ⋅ 378 ⋅ 376 mod 983 ≡ 435 ⋅ 378 ⋅ 376 mod 983
164430 ⋅ 376 mod 983 ≡ 269 ⋅ 376 mod 983
101144 mod 983 ≡ 878 mod 983

Es gilt also: 376169 ≡ 878 mod 983

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 41

=>53 = 1⋅41 + 12
=>41 = 3⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,41)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 41-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(41 -3⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅41 -15⋅ 12)
= 5⋅41 -17⋅ 12 (=1)
12= 53-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅41 -17⋅(53 -1⋅ 41)
= 5⋅41 -17⋅53 +17⋅ 41)
= -17⋅53 +22⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(53,41)=1 = -17⋅53 +22⋅41

oder wenn man -17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅53 = +22⋅41

Es gilt also: 22⋅41 = 17⋅53 +1

Somit 22⋅41 = 1 mod 53

22 ist also das Inverse von 41 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.