Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (243 - 1198) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(243 - 1198) mod 6 ≡ (243 mod 6 - 1198 mod 6) mod 6.

243 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 243 = 240+3 = 6 ⋅ 40 +3.

1198 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198 = 1200-2 = 6 ⋅ 200 -2 = 6 ⋅ 200 - 6 + 4.

Somit gilt:

(243 - 1198) mod 6 ≡ (3 - 4) mod 6 ≡ -1 mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 54) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 54) mod 7 ≡ (65 mod 7 ⋅ 54 mod 7) mod 7.

65 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 9 ⋅ 7 + 2 ist.

54 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 49 + 5 = 7 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 54) mod 7 ≡ (2 ⋅ 5) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 78464 mod 967.

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. 784 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 7841=784

2: 7842=7841+1=7841⋅7841 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 611 mod 967

4: 7844=7842+2=7842⋅7842 ≡ 611⋅611=373321 ≡ 59 mod 967

8: 7848=7844+4=7844⋅7844 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 580 mod 967

16: 78416=7848+8=7848⋅7848 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 851 mod 967

32: 78432=78416+16=78416⋅78416 ≡ 851⋅851=724201 ≡ 885 mod 967

64: 78464=78432+32=78432⋅78432 ≡ 885⋅885=783225 ≡ 922 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 320126 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 126 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 126 an und zerlegen 126 in eine Summer von 2er-Potenzen:

126 = 64+32+16+8+4+2

1: 3201=320

2: 3202=3201+1=3201⋅3201 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 265 mod 619

4: 3204=3202+2=3202⋅3202 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 278 mod 619

8: 3208=3204+4=3204⋅3204 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 528 mod 619

16: 32016=3208+8=3208⋅3208 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 234 mod 619

32: 32032=32016+16=32016⋅32016 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 284 mod 619

64: 32064=32032+32=32032⋅32032 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 186 mod 619

320126

= 32064+32+16+8+4+2

= 32064⋅32032⋅32016⋅3208⋅3204⋅3202

≡ 186 ⋅ 284 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619
≡ 52824 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619 ≡ 209 ⋅ 234 ⋅ 528 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619
≡ 48906 ⋅ 528 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619 ≡ 5 ⋅ 528 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619
≡ 2640 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619 ≡ 164 ⋅ 278 ⋅ 265 mod 619
≡ 45592 ⋅ 265 mod 619 ≡ 405 ⋅ 265 mod 619
≡ 107325 mod 619 ≡ 238 mod 619

Es gilt also: 320126 ≡ 238 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 42

=>53 = 1⋅42 + 11
=>42 = 3⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,42)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 42-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(42 -3⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅42 -15⋅ 11)
= 5⋅42 -19⋅ 11 (=1)
11= 53-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -19⋅(53 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -19⋅53 +19⋅ 42)
= -19⋅53 +24⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(53,42)=1 = -19⋅53 +24⋅42

oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅53 = +24⋅42

Es gilt also: 24⋅42 = 19⋅53 +1

Somit 24⋅42 = 1 mod 53

24 ist also das Inverse von 42 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.