Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2504 + 10001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2504 + 10001) mod 5 ≡ (2504 mod 5 + 10001 mod 5) mod 5.

2504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2504 = 2500+4 = 5 ⋅ 500 +4.

10001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10001 = 10000+1 = 5 ⋅ 2000 +1.

Somit gilt:

(2504 + 10001) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 28) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 28) mod 5 ≡ (43 mod 5 ⋅ 28 mod 5) mod 5.

43 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 8 ⋅ 5 + 3 ist.

28 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 25 + 3 = 5 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 28) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24664 mod 733.

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. 246 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 2461=246

2: 2462=2461+1=2461⋅2461 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 410 mod 733

4: 2464=2462+2=2462⋅2462 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 243 mod 733

8: 2468=2464+4=2464⋅2464 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 409 mod 733

16: 24616=2468+8=2468⋅2468 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 157 mod 733

32: 24632=24616+16=24616⋅24616 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 460 mod 733

64: 24664=24632+32=24632⋅24632 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 496 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 165242 mod 211.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 1651=165

2: 1652=1651+1=1651⋅1651 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 6 mod 211

4: 1654=1652+2=1652⋅1652 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 211

8: 1658=1654+4=1654⋅1654 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 30 mod 211

16: 16516=1658+8=1658⋅1658 ≡ 30⋅30=900 ≡ 56 mod 211

32: 16532=16516+16=16516⋅16516 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 182 mod 211

64: 16564=16532+32=16532⋅16532 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 208 mod 211

128: 165128=16564+64=16564⋅16564 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 9 mod 211

165242

= 165128+64+32+16+2

= 165128⋅16564⋅16532⋅16516⋅1652

9 ⋅ 208 ⋅ 182 ⋅ 56 ⋅ 6 mod 211
1872 ⋅ 182 ⋅ 56 ⋅ 6 mod 211 ≡ 184 ⋅ 182 ⋅ 56 ⋅ 6 mod 211
33488 ⋅ 56 ⋅ 6 mod 211 ≡ 150 ⋅ 56 ⋅ 6 mod 211
8400 ⋅ 6 mod 211 ≡ 171 ⋅ 6 mod 211
1026 mod 211 ≡ 182 mod 211

Es gilt also: 165242 ≡ 182 mod 211

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 92.

Also bestimme x, so dass 92 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 92

=>97 = 1⋅92 + 5
=>92 = 18⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,92)=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= 5-2⋅2
2= 92-18⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(92 -18⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅92 +36⋅ 5)
= -2⋅92 +37⋅ 5 (=1)
5= 97-1⋅92 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅92 +37⋅(97 -1⋅ 92)
= -2⋅92 +37⋅97 -37⋅ 92)
= 37⋅97 -39⋅ 92 (=1)

Es gilt also: ggt(97,92)=1 = 37⋅97 -39⋅92

oder wenn man 37⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -37⋅97 = -39⋅92

-39⋅92 = -37⋅97 + 1 |+97⋅92

-39⋅92 + 97⋅92 = -37⋅97 + 97⋅92 + 1

(-39 + 97) ⋅ 92 = (-37 + 92) ⋅ 97 + 1

58⋅92 = 55⋅97 + 1

Es gilt also: 58⋅92 = 55⋅97 +1

Somit 58⋅92 = 1 mod 97

58 ist also das Inverse von 92 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.