Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (121 - 298) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(121 - 298) mod 3 ≡ (121 mod 3 - 298 mod 3) mod 3.

121 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 121 = 120+1 = 3 ⋅ 40 +1.

298 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298 = 300-2 = 3 ⋅ 100 -2 = 3 ⋅ 100 - 3 + 1.

Somit gilt:

(121 - 298) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 65) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26 ⋅ 65) mod 10 ≡ (26 mod 10 ⋅ 65 mod 10) mod 10.

26 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 20 + 6 = 2 ⋅ 10 + 6 ist.

65 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 60 + 5 = 6 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(26 ⋅ 65) mod 10 ≡ (6 ⋅ 5) mod 10 ≡ 30 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 153128 mod 239.

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. 153 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 1531=153

2: 1532=1531+1=1531⋅1531 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 226 mod 239

4: 1534=1532+2=1532⋅1532 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 169 mod 239

8: 1538=1534+4=1534⋅1534 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 120 mod 239

16: 15316=1538+8=1538⋅1538 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 60 mod 239

32: 15332=15316+16=15316⋅15316 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 15 mod 239

64: 15364=15332+32=15332⋅15332 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 239

128: 153128=15364+64=15364⋅15364 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 196 mod 239

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28161 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:

61 = 32+16+8+4+1

1: 2811=281

2: 2812=2811+1=2811⋅2811 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 401 mod 491

4: 2814=2812+2=2812⋅2812 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 244 mod 491

8: 2818=2814+4=2814⋅2814 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 125 mod 491

16: 28116=2818+8=2818⋅2818 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 404 mod 491

32: 28132=28116+16=28116⋅28116 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 204 mod 491

28161

= 28132+16+8+4+1

= 28132⋅28116⋅2818⋅2814⋅2811

204 ⋅ 404 ⋅ 125 ⋅ 244 ⋅ 281 mod 491
82416 ⋅ 125 ⋅ 244 ⋅ 281 mod 491 ≡ 419 ⋅ 125 ⋅ 244 ⋅ 281 mod 491
52375 ⋅ 244 ⋅ 281 mod 491 ≡ 329 ⋅ 244 ⋅ 281 mod 491
80276 ⋅ 281 mod 491 ≡ 243 ⋅ 281 mod 491
68283 mod 491 ≡ 34 mod 491

Es gilt also: 28161 ≡ 34 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 49

=>89 = 1⋅49 + 40
=>49 = 1⋅40 + 9
=>40 = 4⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,49)=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= 9-2⋅4
4= 40-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(40 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅40 +8⋅ 9)
= -2⋅40 +9⋅ 9 (=1)
9= 49-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +9⋅(49 -1⋅ 40)
= -2⋅40 +9⋅49 -9⋅ 40)
= 9⋅49 -11⋅ 40 (=1)
40= 89-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -11⋅(89 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -11⋅89 +11⋅ 49)
= -11⋅89 +20⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(89,49)=1 = -11⋅89 +20⋅49

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +20⋅49

Es gilt also: 20⋅49 = 11⋅89 +1

Somit 20⋅49 = 1 mod 89

20 ist also das Inverse von 49 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.