Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13995 + 283) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13995 + 283) mod 7 ≡ (13995 mod 7 + 283 mod 7) mod 7.

13995 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13995 = 14000-5 = 7 ⋅ 2000 -5 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 2.

283 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 283 = 280+3 = 7 ⋅ 40 +3.

Somit gilt:

(13995 + 283) mod 7 ≡ (2 + 3) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 83) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25 ⋅ 83) mod 10 ≡ (25 mod 10 ⋅ 83 mod 10) mod 10.

25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.

83 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 8 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(25 ⋅ 83) mod 10 ≡ (5 ⋅ 3) mod 10 ≡ 15 mod 10 ≡ 5 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37332 mod 631.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 373 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 3731=373

2: 3732=3731+1=3731⋅3731 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 309 mod 631

4: 3734=3732+2=3732⋅3732 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 200 mod 631

8: 3738=3734+4=3734⋅3734 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 247 mod 631

16: 37316=3738+8=3738⋅3738 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 433 mod 631

32: 37332=37316+16=37316⋅37316 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 82 mod 631

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 558243 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:

243 = 128+64+32+16+2+1

1: 5581=558

2: 5582=5581+1=5581⋅5581 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 548 mod 883

4: 5584=5582+2=5582⋅5582 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 84 mod 883

8: 5588=5584+4=5584⋅5584 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 875 mod 883

16: 55816=5588+8=5588⋅5588 ≡ 875⋅875=765625 ≡ 64 mod 883

32: 55832=55816+16=55816⋅55816 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 564 mod 883

64: 55864=55832+32=55832⋅55832 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 216 mod 883

128: 558128=55864+64=55864⋅55864 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 740 mod 883

558243

= 558128+64+32+16+2+1

= 558128⋅55864⋅55832⋅55816⋅5582⋅5581

740 ⋅ 216 ⋅ 564 ⋅ 64 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883
159840 ⋅ 564 ⋅ 64 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883 ≡ 17 ⋅ 564 ⋅ 64 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883
9588 ⋅ 64 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883 ≡ 758 ⋅ 64 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883
48512 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883 ≡ 830 ⋅ 548 ⋅ 558 mod 883
454840 ⋅ 558 mod 883 ≡ 95 ⋅ 558 mod 883
53010 mod 883 ≡ 30 mod 883

Es gilt also: 558243 ≡ 30 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 23

=>59 = 2⋅23 + 13
=>23 = 1⋅13 + 10
=>13 = 1⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,23)=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= 10-3⋅3
3= 13-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10)
= -3⋅13 +4⋅ 10 (=1)
10= 23-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅13 +4⋅(23 -1⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅23 -4⋅ 13)
= 4⋅23 -7⋅ 13 (=1)
13= 59-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅23 -7⋅(59 -2⋅ 23)
= 4⋅23 -7⋅59 +14⋅ 23)
= -7⋅59 +18⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(59,23)=1 = -7⋅59 +18⋅23

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +18⋅23

Es gilt also: 18⋅23 = 7⋅59 +1

Somit 18⋅23 = 1 mod 59

18 ist also das Inverse von 23 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.