Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35991 - 4500) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35991 - 4500) mod 9 ≡ (35991 mod 9 - 4500 mod 9) mod 9.

35991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35991 = 36000-9 = 9 ⋅ 4000 -9 = 9 ⋅ 4000 - 9 + 0.

4500 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4500 = 4500+0 = 9 ⋅ 500 +0.

Somit gilt:

(35991 - 4500) mod 9 ≡ (0 - 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 91) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 91) mod 9 ≡ (87 mod 9 ⋅ 91 mod 9) mod 9.

87 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 81 + 6 = 9 ⋅ 9 + 6 ist.

91 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 10 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 91) mod 9 ≡ (6 ⋅ 1) mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46364 mod 641.

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. 463 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 4631=463

2: 4632=4631+1=4631⋅4631 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 275 mod 641

4: 4634=4632+2=4632⋅4632 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 628 mod 641

8: 4638=4634+4=4634⋅4634 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 169 mod 641

16: 46316=4638+8=4638⋅4638 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 357 mod 641

32: 46332=46316+16=46316⋅46316 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 531 mod 641

64: 46364=46332+32=46332⋅46332 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 562 mod 641

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19999 mod 653.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 99 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 99 an und zerlegen 99 in eine Summer von 2er-Potenzen:

99 = 64+32+2+1

1: 1991=199

2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 421 mod 653

4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 421⋅421=177241 ≡ 278 mod 653

8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 230 mod 653

16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 7 mod 653

32: 19932=19916+16=19916⋅19916 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 653

64: 19964=19932+32=19932⋅19932 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 442 mod 653

19999

= 19964+32+2+1

= 19964⋅19932⋅1992⋅1991

≡ 442 ⋅ 49 ⋅ 421 ⋅ 199 mod 653
≡ 21658 ⋅ 421 ⋅ 199 mod 653 ≡ 109 ⋅ 421 ⋅ 199 mod 653
≡ 45889 ⋅ 199 mod 653 ≡ 179 ⋅ 199 mod 653
≡ 35621 mod 653 ≡ 359 mod 653

Es gilt also: 19999 ≡ 359 mod 653

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 40

=>71 = 1⋅40 + 31
=>40 = 1⋅31 + 9
=>31 = 3⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,40)=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= 9-2⋅4
4= 31-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(31 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅31 +6⋅ 9)
= -2⋅31 +7⋅ 9 (=1)
9= 40-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +7⋅(40 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +7⋅40 -7⋅ 31)
= 7⋅40 -9⋅ 31 (=1)
31= 71-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅40 -9⋅(71 -1⋅ 40)
= 7⋅40 -9⋅71 +9⋅ 40)
= -9⋅71 +16⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(71,40)=1 = -9⋅71 +16⋅40

oder wenn man -9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅71 = +16⋅40

Es gilt also: 16⋅40 = 9⋅71 +1

Somit 16⋅40 = 1 mod 71

16 ist also das Inverse von 40 mod 71

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.