Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (102 - 15004) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(102 - 15004) mod 5 ≡ (102 mod 5 - 15004 mod 5) mod 5.

102 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 102 = 100+2 = 5 ⋅ 20 +2.

15004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15004 = 15000+4 = 5 ⋅ 3000 +4.

Somit gilt:

(102 - 15004) mod 5 ≡ (2 - 4) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 91) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 ⋅ 91) mod 10 ≡ (72 mod 10 ⋅ 91 mod 10) mod 10.

72 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 7 ⋅ 10 + 2 ist.

91 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 9 ⋅ 10 + 1 ist.

Somit gilt:

(72 ⋅ 91) mod 10 ≡ (2 ⋅ 1) mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 35164 mod 439.

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. 351 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3511=351

2: 3512=3511+1=3511⋅3511 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 281 mod 439

4: 3514=3512+2=3512⋅3512 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 380 mod 439

8: 3518=3514+4=3514⋅3514 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 408 mod 439

16: 35116=3518+8=3518⋅3518 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 83 mod 439

32: 35132=35116+16=35116⋅35116 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 304 mod 439

64: 35164=35132+32=35132⋅35132 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 226 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31887 mod 503.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:

87 = 64+16+4+2+1

1: 3181=318

2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 21 mod 503

4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 503

8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 323 mod 503

16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 208 mod 503

32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 6 mod 503

64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 503

31887

= 31864+16+4+2+1

= 31864⋅31816⋅3184⋅3182⋅3181

36 ⋅ 208 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
7488 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503 ≡ 446 ⋅ 441 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
196686 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503 ≡ 13 ⋅ 21 ⋅ 318 mod 503
273 ⋅ 318 mod 503
86814 mod 503 ≡ 298 mod 503

Es gilt also: 31887 ≡ 298 mod 503

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 72

=>101 = 1⋅72 + 29
=>72 = 2⋅29 + 14
=>29 = 2⋅14 + 1
=>14 = 14⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,72)=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= 29-2⋅14
14= 72-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -2⋅(72 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -2⋅72 +4⋅ 29)
= -2⋅72 +5⋅ 29 (=1)
29= 101-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅72 +5⋅(101 -1⋅ 72)
= -2⋅72 +5⋅101 -5⋅ 72)
= 5⋅101 -7⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(101,72)=1 = 5⋅101 -7⋅72

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -7⋅72

-7⋅72 = -5⋅101 + 1 |+101⋅72

-7⋅72 + 101⋅72 = -5⋅101 + 101⋅72 + 1

(-7 + 101) ⋅ 72 = (-5 + 72) ⋅ 101 + 1

94⋅72 = 67⋅101 + 1

Es gilt also: 94⋅72 = 67⋅101 +1

Somit 94⋅72 = 1 mod 101

94 ist also das Inverse von 72 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.