Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 + 275) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 + 275) mod 9 ≡ (87 mod 9 + 275 mod 9) mod 9.

87 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 90-3 = 9 ⋅ 10 -3 = 9 ⋅ 10 - 9 + 6.

275 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 275 = 270+5 = 9 ⋅ 30 +5.

Somit gilt:

(87 + 275) mod 9 ≡ (6 + 5) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 20) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 20) mod 8 ≡ (47 mod 8 ⋅ 20 mod 8) mod 8.

47 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 40 + 7 = 5 ⋅ 8 + 7 ist.

20 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 16 + 4 = 2 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 20) mod 8 ≡ (7 ⋅ 4) mod 8 ≡ 28 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3628 mod 983.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 362 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 3621=362

2: 3622=3621+1=3621⋅3621 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 305 mod 983

4: 3624=3622+2=3622⋅3622 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 623 mod 983

8: 3628=3624+4=3624⋅3624 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 827 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 167235 mod 263.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 1671=167

2: 1672=1671+1=1671⋅1671 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 11 mod 263

4: 1674=1672+2=1672⋅1672 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 263

8: 1678=1674+4=1674⋅1674 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 176 mod 263

16: 16716=1678+8=1678⋅1678 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 205 mod 263

32: 16732=16716+16=16716⋅16716 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 208 mod 263

64: 16764=16732+32=16732⋅16732 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 132 mod 263

128: 167128=16764+64=16764⋅16764 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 66 mod 263

167235

= 167128+64+32+8+2+1

= 167128⋅16764⋅16732⋅1678⋅1672⋅1671

66 ⋅ 132 ⋅ 208 ⋅ 176 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263
8712 ⋅ 208 ⋅ 176 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263 ≡ 33 ⋅ 208 ⋅ 176 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263
6864 ⋅ 176 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263 ≡ 26 ⋅ 176 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263
4576 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263 ≡ 105 ⋅ 11 ⋅ 167 mod 263
1155 ⋅ 167 mod 263 ≡ 103 ⋅ 167 mod 263
17201 mod 263 ≡ 106 mod 263

Es gilt also: 167235 ≡ 106 mod 263

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53

=>89 = 1⋅53 + 36
=>53 = 1⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 53-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36)
= 17⋅53 -25⋅ 36 (=1)
36= 89-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53)
= -25⋅89 +42⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53

oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +25⋅89 = +42⋅53

Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1

Somit 42⋅53 = 1 mod 89

42 ist also das Inverse von 53 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.