Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6000 + 597) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6000 + 597) mod 3 ≡ (6000 mod 3 + 597 mod 3) mod 3.

6000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000 = 6000+0 = 3 ⋅ 2000 +0.

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

Somit gilt:

(6000 + 597) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 99) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 99) mod 8 ≡ (83 mod 8 ⋅ 99 mod 8) mod 8.

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

99 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 12 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 99) mod 8 ≡ (3 ⋅ 3) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26132 mod 281.

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. 261 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2611=261

2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 119 mod 281

4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 111 mod 281

8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 238 mod 281

16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 163 mod 281

32: 26132=26116+16=26116⋅26116 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 155 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 230239 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:

239 = 128+64+32+8+4+2+1

1: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 106 mod 419

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 342 mod 419

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 63 mod 419

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 198 mod 419

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 237 mod 419

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 23 mod 419

128: 230128=23064+64=23064⋅23064 ≡ 23⋅23=529 ≡ 110 mod 419

230239

= 230128+64+32+8+4+2+1

= 230128⋅23064⋅23032⋅2308⋅2304⋅2302⋅2301

110 ⋅ 23 ⋅ 237 ⋅ 63 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419
2530 ⋅ 237 ⋅ 63 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419 ≡ 16 ⋅ 237 ⋅ 63 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419
3792 ⋅ 63 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419 ≡ 21 ⋅ 63 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419
1323 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419 ≡ 66 ⋅ 342 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419
22572 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419 ≡ 365 ⋅ 106 ⋅ 230 mod 419
38690 ⋅ 230 mod 419 ≡ 142 ⋅ 230 mod 419
32660 mod 419 ≡ 397 mod 419

Es gilt also: 230239 ≡ 397 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 46

=>67 = 1⋅46 + 21
=>46 = 2⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,46)=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= 21-5⋅4
4= 46-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(46 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅46 +10⋅ 21)
= -5⋅46 +11⋅ 21 (=1)
21= 67-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅46 +11⋅(67 -1⋅ 46)
= -5⋅46 +11⋅67 -11⋅ 46)
= 11⋅67 -16⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(67,46)=1 = 11⋅67 -16⋅46

oder wenn man 11⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅67 = -16⋅46

-16⋅46 = -11⋅67 + 1 |+67⋅46

-16⋅46 + 67⋅46 = -11⋅67 + 67⋅46 + 1

(-16 + 67) ⋅ 46 = (-11 + 46) ⋅ 67 + 1

51⋅46 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 51⋅46 = 35⋅67 +1

Somit 51⋅46 = 1 mod 67

51 ist also das Inverse von 46 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.