Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1600 + 80) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1600 + 80) mod 4 ≡ (1600 mod 4 + 80 mod 4) mod 4.

1600 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 4 ⋅ 400 +0.

80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 4 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(1600 + 80) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 49) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 49) mod 11 ≡ (87 mod 11 ⋅ 49 mod 11) mod 11.

87 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 77 + 10 = 7 ⋅ 11 + 10 ist.

49 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 44 + 5 = 4 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 49) mod 11 ≡ (10 ⋅ 5) mod 11 ≡ 50 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6818 mod 937.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 681 -> x
2. mod(x²,937) -> 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: 6811=681

2: 6812=6811+1=6811⋅6811 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 883 mod 937

4: 6814=6812+2=6812⋅6812 ≡ 883⋅883=779689 ≡ 105 mod 937

8: 6818=6814+4=6814⋅6814 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 718 mod 937

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 453249 mod 839.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 4531=453

2: 4532=4531+1=4531⋅4531 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 493 mod 839

4: 4534=4532+2=4532⋅4532 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 578 mod 839

8: 4538=4534+4=4534⋅4534 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 162 mod 839

16: 45316=4538+8=4538⋅4538 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 235 mod 839

32: 45332=45316+16=45316⋅45316 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 690 mod 839

64: 45364=45332+32=45332⋅45332 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 387 mod 839

128: 453128=45364+64=45364⋅45364 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 427 mod 839

453249

= 453128+64+32+16+8+1

= 453128⋅45364⋅45332⋅45316⋅4538⋅4531

427 ⋅ 387 ⋅ 690 ⋅ 235 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839
165249 ⋅ 690 ⋅ 235 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839 ≡ 805 ⋅ 690 ⋅ 235 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839
555450 ⋅ 235 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839 ≡ 32 ⋅ 235 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839
7520 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839 ≡ 808 ⋅ 162 ⋅ 453 mod 839
130896 ⋅ 453 mod 839 ≡ 12 ⋅ 453 mod 839
5436 mod 839 ≡ 402 mod 839

Es gilt also: 453249 ≡ 402 mod 839

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38

=>73 = 1⋅38 + 35
=>38 = 1⋅35 + 3
=>35 = 11⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,38)=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= 35-11⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3)
= -1⋅35 +12⋅ 3 (=1)
3= 38-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35)
= 12⋅38 -13⋅ 35 (=1)
35= 73-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38)
= -13⋅73 +25⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +25⋅38

Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1

Somit 25⋅38 = 1 mod 73

25 ist also das Inverse von 38 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.