Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (450 - 2693) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(450 - 2693) mod 9 ≡ (450 mod 9 - 2693 mod 9) mod 9.

450 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 450 = 450+0 = 9 ⋅ 50 +0.

2693 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2693 = 2700-7 = 9 ⋅ 300 -7 = 9 ⋅ 300 - 9 + 2.

Somit gilt:

(450 - 2693) mod 9 ≡ (0 - 2) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 50) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 50) mod 7 ≡ (66 mod 7 ⋅ 50 mod 7) mod 7.

66 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 63 + 3 = 9 ⋅ 7 + 3 ist.

50 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 49 + 1 = 7 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 50) mod 7 ≡ (3 ⋅ 1) mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 440128 mod 719.

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. 440 -> x
2. mod(x²,719) -> 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: 4401=440

2: 4402=4401+1=4401⋅4401 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 189 mod 719

4: 4404=4402+2=4402⋅4402 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 490 mod 719

8: 4408=4404+4=4404⋅4404 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 673 mod 719

16: 44016=4408+8=4408⋅4408 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 678 mod 719

32: 44032=44016+16=44016⋅44016 ≡ 678⋅678=459684 ≡ 243 mod 719

64: 44064=44032+32=44032⋅44032 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 91 mod 719

128: 440128=44064+64=44064⋅44064 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 372 mod 719

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 468173 mod 673.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:

173 = 128+32+8+4+1

1: 4681=468

2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 299 mod 673

4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 565 mod 673

8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 223 mod 673

16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 600 mod 673

32: 46832=46816+16=46816⋅46816 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673

64: 46864=46832+32=46832⋅46832 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 333 mod 673

128: 468128=46864+64=46864⋅46864 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 517 mod 673

468173

= 468128+32+8+4+1

= 468128⋅46832⋅4688⋅4684⋅4681

517 ⋅ 618 ⋅ 223 ⋅ 565 ⋅ 468 mod 673
319506 ⋅ 223 ⋅ 565 ⋅ 468 mod 673 ≡ 504 ⋅ 223 ⋅ 565 ⋅ 468 mod 673
112392 ⋅ 565 ⋅ 468 mod 673 ≡ 1 ⋅ 565 ⋅ 468 mod 673
565 ⋅ 468 mod 673
264420 mod 673 ≡ 604 mod 673

Es gilt also: 468173 ≡ 604 mod 673

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 52

=>83 = 1⋅52 + 31
=>52 = 1⋅31 + 21
=>31 = 1⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,52)=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= 21-2⋅10
10= 31-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21)
= -2⋅31 +3⋅ 21 (=1)
21= 52-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +3⋅(52 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅52 -3⋅ 31)
= 3⋅52 -5⋅ 31 (=1)
31= 83-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅52 -5⋅(83 -1⋅ 52)
= 3⋅52 -5⋅83 +5⋅ 52)
= -5⋅83 +8⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(83,52)=1 = -5⋅83 +8⋅52

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +8⋅52

Es gilt also: 8⋅52 = 5⋅83 +1

Somit 8⋅52 = 1 mod 83

8 ist also das Inverse von 52 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.