Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (211 - 7006) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(211 - 7006) mod 7 ≡ (211 mod 7 - 7006 mod 7) mod 7.

211 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 211 = 210+1 = 7 ⋅ 30 +1.

7006 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7006 = 7000+6 = 7 ⋅ 1000 +6.

Somit gilt:

(211 - 7006) mod 7 ≡ (1 - 6) mod 7 ≡ -5 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 66) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 66) mod 5 ≡ (45 mod 5 ⋅ 66 mod 5) mod 5.

45 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 9 ⋅ 5 + 0 ist.

66 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 65 + 1 = 13 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 66) mod 5 ≡ (0 ⋅ 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22164 mod 349.

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. 221 -> x
2. mod(x²,349) -> 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: 2211=221

2: 2212=2211+1=2211⋅2211 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 330 mod 349

4: 2214=2212+2=2212⋅2212 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 12 mod 349

8: 2218=2214+4=2214⋅2214 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 349

16: 22116=2218+8=2218⋅2218 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 145 mod 349

32: 22132=22116+16=22116⋅22116 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 85 mod 349

64: 22164=22132+32=22132⋅22132 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 245 mod 349

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 177249 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 1771=177

2: 1772=1771+1=1771⋅1771 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 323 mod 419

4: 1774=1772+2=1772⋅1772 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 417 mod 419

8: 1778=1774+4=1774⋅1774 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 4 mod 419

16: 17716=1778+8=1778⋅1778 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 419

32: 17732=17716+16=17716⋅17716 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 419

64: 17764=17732+32=17732⋅17732 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 172 mod 419

128: 177128=17764+64=17764⋅17764 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 254 mod 419

177249

= 177128+64+32+16+8+1

= 177128⋅17764⋅17732⋅17716⋅1778⋅1771

254 ⋅ 172 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419
43688 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419 ≡ 112 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419
28672 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419 ≡ 180 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419
2880 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419 ≡ 366 ⋅ 4 ⋅ 177 mod 419
1464 ⋅ 177 mod 419 ≡ 207 ⋅ 177 mod 419
36639 mod 419 ≡ 186 mod 419

Es gilt also: 177249 ≡ 186 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 52

=>67 = 1⋅52 + 15
=>52 = 3⋅15 + 7
=>15 = 2⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,52)=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= 15-2⋅7
7= 52-3⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -2⋅(52 -3⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅52 +6⋅ 15)
= -2⋅52 +7⋅ 15 (=1)
15= 67-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +7⋅(67 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +7⋅67 -7⋅ 52)
= 7⋅67 -9⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(67,52)=1 = 7⋅67 -9⋅52

oder wenn man 7⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅67 = -9⋅52

-9⋅52 = -7⋅67 + 1 |+67⋅52

-9⋅52 + 67⋅52 = -7⋅67 + 67⋅52 + 1

(-9 + 67) ⋅ 52 = (-7 + 52) ⋅ 67 + 1

58⋅52 = 45⋅67 + 1

Es gilt also: 58⋅52 = 45⋅67 +1

Somit 58⋅52 = 1 mod 67

58 ist also das Inverse von 52 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.