Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (10001 + 152) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(10001 + 152) mod 5 ≡ (10001 mod 5 + 152 mod 5) mod 5.

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

152 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152 = 150+2 = 5 ⋅ 30 +2.

Somit gilt:

(10001 + 152) mod 5 ≡ (1 + 2) mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 57) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 57) mod 3 ≡ (43 mod 3 ⋅ 57 mod 3) mod 3.

43 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 14 ⋅ 3 + 1 ist.

57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 57 + 0 = 19 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 57) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 12364 mod 367.

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. 123 -> x
2. mod(x²,367) -> 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: 1231=123

2: 1232=1231+1=1231⋅1231 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 82 mod 367

4: 1234=1232+2=1232⋅1232 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 118 mod 367

8: 1238=1234+4=1234⋅1234 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 345 mod 367

16: 12316=1238+8=1238⋅1238 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 117 mod 367

32: 12332=12316+16=12316⋅12316 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 110 mod 367

64: 12364=12332+32=12332⋅12332 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 356 mod 367

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 797191 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:

191 = 128+32+16+8+4+2+1

1: 7971=797

2: 7972=7971+1=7971⋅7971 ≡ 797⋅797=635209 ≡ 676 mod 823

4: 7974=7972+2=7972⋅7972 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 211 mod 823

8: 7978=7974+4=7974⋅7974 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 79 mod 823

16: 79716=7978+8=7978⋅7978 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 480 mod 823

32: 79732=79716+16=79716⋅79716 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 783 mod 823

64: 79764=79732+32=79732⋅79732 ≡ 783⋅783=613089 ≡ 777 mod 823

128: 797128=79764+64=79764⋅79764 ≡ 777⋅777=603729 ≡ 470 mod 823

797191

= 797128+32+16+8+4+2+1

= 797128⋅79732⋅79716⋅7978⋅7974⋅7972⋅7971

470 ⋅ 783 ⋅ 480 ⋅ 79 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823
368010 ⋅ 480 ⋅ 79 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823 ≡ 129 ⋅ 480 ⋅ 79 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823
61920 ⋅ 79 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823 ≡ 195 ⋅ 79 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823
15405 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823 ≡ 591 ⋅ 211 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823
124701 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823 ≡ 428 ⋅ 676 ⋅ 797 mod 823
289328 ⋅ 797 mod 823 ≡ 455 ⋅ 797 mod 823
362635 mod 823 ≡ 515 mod 823

Es gilt also: 797191 ≡ 515 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 50

=>67 = 1⋅50 + 17
=>50 = 2⋅17 + 16
=>17 = 1⋅16 + 1
=>16 = 16⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,50)=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= 17-1⋅16
16= 50-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -1⋅(50 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅50 +2⋅ 17)
= -1⋅50 +3⋅ 17 (=1)
17= 67-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅50 +3⋅(67 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +3⋅67 -3⋅ 50)
= 3⋅67 -4⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(67,50)=1 = 3⋅67 -4⋅50

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -4⋅50

-4⋅50 = -3⋅67 + 1 |+67⋅50

-4⋅50 + 67⋅50 = -3⋅67 + 67⋅50 + 1

(-4 + 67) ⋅ 50 = (-3 + 50) ⋅ 67 + 1

63⋅50 = 47⋅67 + 1

Es gilt also: 63⋅50 = 47⋅67 +1

Somit 63⋅50 = 1 mod 67

63 ist also das Inverse von 50 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.