Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (278 + 2793) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(278 + 2793) mod 7 ≡ (278 mod 7 + 2793 mod 7) mod 7.

278 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 278 = 280-2 = 7 ⋅ 40 -2 = 7 ⋅ 40 - 7 + 5.

2793 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2793 = 2800-7 = 7 ⋅ 400 -7 = 7 ⋅ 400 - 7 + 0.

Somit gilt:

(278 + 2793) mod 7 ≡ (5 + 0) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 81) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 81) mod 3 ≡ (46 mod 3 ⋅ 81 mod 3) mod 3.

46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.

81 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 81 + 0 = 27 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 81) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2798 mod 353.

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. 279 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2791=279

2: 2792=2791+1=2791⋅2791 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 181 mod 353

4: 2794=2792+2=2792⋅2792 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 285 mod 353

8: 2798=2794+4=2794⋅2794 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 35 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 630162 mod 661.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 162 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 162 an und zerlegen 162 in eine Summer von 2er-Potenzen:

162 = 128+32+2

1: 6301=630

2: 6302=6301+1=6301⋅6301 ≡ 630⋅630=396900 ≡ 300 mod 661

4: 6304=6302+2=6302⋅6302 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 104 mod 661

8: 6308=6304+4=6304⋅6304 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 240 mod 661

16: 63016=6308+8=6308⋅6308 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 93 mod 661

32: 63032=63016+16=63016⋅63016 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 56 mod 661

64: 63064=63032+32=63032⋅63032 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 492 mod 661

128: 630128=63064+64=63064⋅63064 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 138 mod 661

630162

= 630128+32+2

= 630128⋅63032⋅6302

138 ⋅ 56 ⋅ 300 mod 661
7728 ⋅ 300 mod 661 ≡ 457 ⋅ 300 mod 661
137100 mod 661 ≡ 273 mod 661

Es gilt also: 630162 ≡ 273 mod 661

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 50

=>53 = 1⋅50 + 3
=>50 = 16⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,50)=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= 3-1⋅2
2= 50-16⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(50 -16⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅50 +16⋅ 3)
= -1⋅50 +17⋅ 3 (=1)
3= 53-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅50 +17⋅(53 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +17⋅53 -17⋅ 50)
= 17⋅53 -18⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(53,50)=1 = 17⋅53 -18⋅50

oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅53 = -18⋅50

-18⋅50 = -17⋅53 + 1 |+53⋅50

-18⋅50 + 53⋅50 = -17⋅53 + 53⋅50 + 1

(-18 + 53) ⋅ 50 = (-17 + 50) ⋅ 53 + 1

35⋅50 = 33⋅53 + 1

Es gilt also: 35⋅50 = 33⋅53 +1

Somit 35⋅50 = 1 mod 53

35 ist also das Inverse von 50 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.