Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3497 - 1395) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3497 - 1395) mod 7 ≡ (3497 mod 7 - 1395 mod 7) mod 7.

3497 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3497 = 3500-3 = 7 ⋅ 500 -3 = 7 ⋅ 500 - 7 + 4.

1395 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1395 = 1400-5 = 7 ⋅ 200 -5 = 7 ⋅ 200 - 7 + 2.

Somit gilt:

(3497 - 1395) mod 7 ≡ (4 - 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 99) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 99) mod 9 ≡ (63 mod 9 ⋅ 99 mod 9) mod 9.

63 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 7 ⋅ 9 + 0 ist.

99 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 11 ⋅ 9 + 0 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 99) mod 9 ≡ (0 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 171128 mod 523.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 171 -> x
2. mod(x²,523) -> 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: 1711=171

2: 1712=1711+1=1711⋅1711 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 476 mod 523

4: 1714=1712+2=1712⋅1712 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 117 mod 523

8: 1718=1714+4=1714⋅1714 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 91 mod 523

16: 17116=1718+8=1718⋅1718 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 436 mod 523

32: 17132=17116+16=17116⋅17116 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 247 mod 523

64: 17164=17132+32=17132⋅17132 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 341 mod 523

128: 171128=17164+64=17164⋅17164 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 175 mod 523

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 528189 mod 641.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 5281=528

2: 5282=5281+1=5281⋅5281 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 590 mod 641

4: 5284=5282+2=5282⋅5282 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 37 mod 641

8: 5288=5284+4=5284⋅5284 ≡ 37⋅37=1369 ≡ 87 mod 641

16: 52816=5288+8=5288⋅5288 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 518 mod 641

32: 52832=52816+16=52816⋅52816 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 386 mod 641

64: 52864=52832+32=52832⋅52832 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 284 mod 641

128: 528128=52864+64=52864⋅52864 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 531 mod 641

528189

= 528128+32+16+8+4+1

= 528128⋅52832⋅52816⋅5288⋅5284⋅5281

531 ⋅ 386 ⋅ 518 ⋅ 87 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641
204966 ⋅ 518 ⋅ 87 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641 ≡ 487 ⋅ 518 ⋅ 87 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641
252266 ⋅ 87 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641 ≡ 353 ⋅ 87 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641
30711 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641 ≡ 584 ⋅ 37 ⋅ 528 mod 641
21608 ⋅ 528 mod 641 ≡ 455 ⋅ 528 mod 641
240240 mod 641 ≡ 506 mod 641

Es gilt also: 528189 ≡ 506 mod 641

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 27

=>79 = 2⋅27 + 25
=>27 = 1⋅25 + 2
=>25 = 12⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,27)=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= 25-12⋅2
2= 27-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25)
= -12⋅27 +13⋅ 25 (=1)
25= 79-2⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -12⋅27 +13⋅(79 -2⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅79 -26⋅ 27)
= 13⋅79 -38⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(79,27)=1 = 13⋅79 -38⋅27

oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅79 = -38⋅27

-38⋅27 = -13⋅79 + 1 |+79⋅27

-38⋅27 + 79⋅27 = -13⋅79 + 79⋅27 + 1

(-38 + 79) ⋅ 27 = (-13 + 27) ⋅ 79 + 1

41⋅27 = 14⋅79 + 1

Es gilt also: 41⋅27 = 14⋅79 +1

Somit 41⋅27 = 1 mod 79

41 ist also das Inverse von 27 mod 79

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.