Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4504 - 87) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4504 - 87) mod 9 ≡ (4504 mod 9 - 87 mod 9) mod 9.

4504 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4504 = 4500+4 = 9 ⋅ 500 +4.

87 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 90-3 = 9 ⋅ 10 -3 = 9 ⋅ 10 - 9 + 6.

Somit gilt:

(4504 - 87) mod 9 ≡ (4 - 6) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (76 ⋅ 88) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(76 ⋅ 88) mod 5 ≡ (76 mod 5 ⋅ 88 mod 5) mod 5.

76 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 75 + 1 = 15 ⋅ 5 + 1 ist.

88 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 85 + 3 = 17 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(76 ⋅ 88) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38964 mod 541.

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. 389 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 3891=389

2: 3892=3891+1=3891⋅3891 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 382 mod 541

4: 3894=3892+2=3892⋅3892 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 395 mod 541

8: 3898=3894+4=3894⋅3894 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 217 mod 541

16: 38916=3898+8=3898⋅3898 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 22 mod 541

32: 38932=38916+16=38916⋅38916 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 541

64: 38964=38932+32=38932⋅38932 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 3 mod 541

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 207109 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:

109 = 64+32+8+4+1

1: 2071=207

2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 128 mod 359

4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 229 mod 359

8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 27 mod 359

16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 27⋅27=729 ≡ 11 mod 359

32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 359

64: 20764=20732+32=20732⋅20732 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 281 mod 359

207109

= 20764+32+8+4+1

= 20764⋅20732⋅2078⋅2074⋅2071

281 ⋅ 121 ⋅ 27 ⋅ 229 ⋅ 207 mod 359
34001 ⋅ 27 ⋅ 229 ⋅ 207 mod 359 ≡ 255 ⋅ 27 ⋅ 229 ⋅ 207 mod 359
6885 ⋅ 229 ⋅ 207 mod 359 ≡ 64 ⋅ 229 ⋅ 207 mod 359
14656 ⋅ 207 mod 359 ≡ 296 ⋅ 207 mod 359
61272 mod 359 ≡ 242 mod 359

Es gilt also: 207109 ≡ 242 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 51

=>89 = 1⋅51 + 38
=>51 = 1⋅38 + 13
=>38 = 2⋅13 + 12
=>13 = 1⋅12 + 1
=>12 = 12⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,51)=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= 13-1⋅12
12= 38-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -1⋅(38 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -1⋅38 +2⋅ 13)
= -1⋅38 +3⋅ 13 (=1)
13= 51-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅38 +3⋅(51 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +3⋅51 -3⋅ 38)
= 3⋅51 -4⋅ 38 (=1)
38= 89-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅51 -4⋅(89 -1⋅ 51)
= 3⋅51 -4⋅89 +4⋅ 51)
= -4⋅89 +7⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(89,51)=1 = -4⋅89 +7⋅51

oder wenn man -4⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +4⋅89 = +7⋅51

Es gilt also: 7⋅51 = 4⋅89 +1

Somit 7⋅51 = 1 mod 89

7 ist also das Inverse von 51 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.