Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (117 + 118) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(117 + 118) mod 3 ≡ (117 mod 3 + 118 mod 3) mod 3.

117 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 117 = 120-3 = 3 ⋅ 40 -3 = 3 ⋅ 40 - 3 + 0.

118 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118 = 120-2 = 3 ⋅ 40 -2 = 3 ⋅ 40 - 3 + 1.

Somit gilt:

(117 + 118) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 18) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 18) mod 6 ≡ (21 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.

21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.

18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 18) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28264 mod 433.

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. 282 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 2821=282

2: 2822=2821+1=2821⋅2821 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 285 mod 433

4: 2824=2822+2=2822⋅2822 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 254 mod 433

8: 2828=2824+4=2824⋅2824 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 432 mod 433

16: 28216=2828+8=2828⋅2828 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 1 mod 433

32: 28232=28216+16=28216⋅28216 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 433

64: 28264=28232+32=28232⋅28232 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 433

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 695151 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:

151 = 128+16+4+2+1

1: 6951=695

2: 6952=6951+1=6951⋅6951 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 24 mod 883

4: 6954=6952+2=6952⋅6952 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 883

8: 6958=6954+4=6954⋅6954 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 651 mod 883

16: 69516=6958+8=6958⋅6958 ≡ 651⋅651=423801 ≡ 844 mod 883

32: 69532=69516+16=69516⋅69516 ≡ 844⋅844=712336 ≡ 638 mod 883

64: 69564=69532+32=69532⋅69532 ≡ 638⋅638=407044 ≡ 864 mod 883

128: 695128=69564+64=69564⋅69564 ≡ 864⋅864=746496 ≡ 361 mod 883

695151

= 695128+16+4+2+1

= 695128⋅69516⋅6954⋅6952⋅6951

361 ⋅ 844 ⋅ 576 ⋅ 24 ⋅ 695 mod 883
304684 ⋅ 576 ⋅ 24 ⋅ 695 mod 883 ≡ 49 ⋅ 576 ⋅ 24 ⋅ 695 mod 883
28224 ⋅ 24 ⋅ 695 mod 883 ≡ 851 ⋅ 24 ⋅ 695 mod 883
20424 ⋅ 695 mod 883 ≡ 115 ⋅ 695 mod 883
79925 mod 883 ≡ 455 mod 883

Es gilt also: 695151 ≡ 455 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 47

=>53 = 1⋅47 + 6
=>47 = 7⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,47)=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= 6-1⋅5
5= 47-7⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(47 -7⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅47 +7⋅ 6)
= -1⋅47 +8⋅ 6 (=1)
6= 53-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +8⋅(53 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +8⋅53 -8⋅ 47)
= 8⋅53 -9⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(53,47)=1 = 8⋅53 -9⋅47

oder wenn man 8⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅53 = -9⋅47

-9⋅47 = -8⋅53 + 1 |+53⋅47

-9⋅47 + 53⋅47 = -8⋅53 + 53⋅47 + 1

(-9 + 53) ⋅ 47 = (-8 + 47) ⋅ 53 + 1

44⋅47 = 39⋅53 + 1

Es gilt also: 44⋅47 = 39⋅53 +1

Somit 44⋅47 = 1 mod 53

44 ist also das Inverse von 47 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.