Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13996 + 2800) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13996 + 2800) mod 7 ≡ (13996 mod 7 + 2800 mod 7) mod 7.

13996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13996 = 14000-4 = 7 ⋅ 2000 -4 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 3.

2800 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2800 = 2800+0 = 7 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(13996 + 2800) mod 7 ≡ (3 + 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 65) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 65) mod 9 ≡ (74 mod 9 ⋅ 65 mod 9) mod 9.

74 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 8 ⋅ 9 + 2 ist.

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

Somit gilt:

(74 ⋅ 65) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29364 mod 877.

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. 293 -> x
2. mod(x²,877) -> 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: 2931=293

2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 780 mod 877

4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 639 mod 877

8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 516 mod 877

16: 29316=2938+8=2938⋅2938 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 525 mod 877

32: 29332=29316+16=29316⋅29316 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 247 mod 877

64: 29364=29332+32=29332⋅29332 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 496 mod 877

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 238109 mod 577.

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: 2381=238

2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 98 mod 577

4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 372 mod 577

8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 481 mod 577

16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 561 mod 577

32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 256 mod 577

64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 335 mod 577

238109

= 23864+32+8+4+1

= 23864⋅23832⋅2388⋅2384⋅2381

335 ⋅ 256 ⋅ 481 ⋅ 372 ⋅ 238 mod 577
85760 ⋅ 481 ⋅ 372 ⋅ 238 mod 577 ≡ 364 ⋅ 481 ⋅ 372 ⋅ 238 mod 577
175084 ⋅ 372 ⋅ 238 mod 577 ≡ 253 ⋅ 372 ⋅ 238 mod 577
94116 ⋅ 238 mod 577 ≡ 65 ⋅ 238 mod 577
15470 mod 577 ≡ 468 mod 577

Es gilt also: 238109 ≡ 468 mod 577

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 59

=>73 = 1⋅59 + 14
=>59 = 4⋅14 + 3
=>14 = 4⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,59)=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= 14-4⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3)
= -1⋅14 +5⋅ 3 (=1)
3= 59-4⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅14 +5⋅(59 -4⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅59 -20⋅ 14)
= 5⋅59 -21⋅ 14 (=1)
14= 73-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅59 -21⋅(73 -1⋅ 59)
= 5⋅59 -21⋅73 +21⋅ 59)
= -21⋅73 +26⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(73,59)=1 = -21⋅73 +26⋅59

oder wenn man -21⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅73 = +26⋅59

Es gilt also: 26⋅59 = 21⋅73 +1

Somit 26⋅59 = 1 mod 73

26 ist also das Inverse von 59 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.