Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1500 + 15000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1500 + 15000) mod 3 ≡ (1500 mod 3 + 15000 mod 3) mod 3.

1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500 = 1500+0 = 3 ⋅ 500 +0.

15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000 = 15000+0 = 3 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(1500 + 15000) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 62) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 62) mod 10 ≡ (23 mod 10 ⋅ 62 mod 10) mod 10.

23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.

62 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 6 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 62) mod 10 ≡ (3 ⋅ 2) mod 10 ≡ 6 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 64264 mod 827.

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. 642 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 6421=642

2: 6422=6421+1=6421⋅6421 ≡ 642⋅642=412164 ≡ 318 mod 827

4: 6424=6422+2=6422⋅6422 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 230 mod 827

8: 6428=6424+4=6424⋅6424 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 799 mod 827

16: 64216=6428+8=6428⋅6428 ≡ 799⋅799=638401 ≡ 784 mod 827

32: 64232=64216+16=64216⋅64216 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 195 mod 827

64: 64264=64232+32=64232⋅64232 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 810 mod 827

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 760208 mod 857.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 208 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 208 an und zerlegen 208 in eine Summer von 2er-Potenzen:

208 = 128+64+16

1: 7601=760

2: 7602=7601+1=7601⋅7601 ≡ 760⋅760=577600 ≡ 839 mod 857

4: 7604=7602+2=7602⋅7602 ≡ 839⋅839=703921 ≡ 324 mod 857

8: 7608=7604+4=7604⋅7604 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 422 mod 857

16: 76016=7608+8=7608⋅7608 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 685 mod 857

32: 76032=76016+16=76016⋅76016 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 446 mod 857

64: 76064=76032+32=76032⋅76032 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 92 mod 857

128: 760128=76064+64=76064⋅76064 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 751 mod 857

760208

= 760128+64+16

= 760128⋅76064⋅76016

751 ⋅ 92 ⋅ 685 mod 857
69092 ⋅ 685 mod 857 ≡ 532 ⋅ 685 mod 857
364420 mod 857 ≡ 195 mod 857

Es gilt also: 760208 ≡ 195 mod 857

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 86

=>97 = 1⋅86 + 11
=>86 = 7⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,86)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 86-7⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(86 -7⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅86 -35⋅ 11)
= 5⋅86 -39⋅ 11 (=1)
11= 97-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅86 -39⋅(97 -1⋅ 86)
= 5⋅86 -39⋅97 +39⋅ 86)
= -39⋅97 +44⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(97,86)=1 = -39⋅97 +44⋅86

oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +39⋅97 = +44⋅86

Es gilt also: 44⋅86 = 39⋅97 +1

Somit 44⋅86 = 1 mod 97

44 ist also das Inverse von 86 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.