Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2706 - 270) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2706 - 270) mod 9 ≡ (2706 mod 9 - 270 mod 9) mod 9.

2706 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2706 = 2700+6 = 9 ⋅ 300 +6.

270 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 270 = 270+0 = 9 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(2706 - 270) mod 9 ≡ (6 - 0) mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 36) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 36) mod 4 ≡ (54 mod 4 ⋅ 36 mod 4) mod 4.

54 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 52 + 2 = 13 ⋅ 4 + 2 ist.

36 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 36 + 0 = 9 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 36) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30964 mod 353.

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. 309 -> 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: 3091=309

2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 171 mod 353

4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 295 mod 353

8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 187 mod 353

16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 22 mod 353

32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 22⋅22=484 ≡ 131 mod 353

64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 418173 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:

173 = 128+32+8+4+1

1: 4181=418

2: 4182=4181+1=4181⋅4181 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 42 mod 523

4: 4184=4182+2=4182⋅4182 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 195 mod 523

8: 4188=4184+4=4184⋅4184 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 369 mod 523

16: 41816=4188+8=4188⋅4188 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 181 mod 523

32: 41832=41816+16=41816⋅41816 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 335 mod 523

64: 41864=41832+32=41832⋅41832 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 303 mod 523

128: 418128=41864+64=41864⋅41864 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 284 mod 523

418173

= 418128+32+8+4+1

= 418128⋅41832⋅4188⋅4184⋅4181

284 ⋅ 335 ⋅ 369 ⋅ 195 ⋅ 418 mod 523
95140 ⋅ 369 ⋅ 195 ⋅ 418 mod 523 ≡ 477 ⋅ 369 ⋅ 195 ⋅ 418 mod 523
176013 ⋅ 195 ⋅ 418 mod 523 ≡ 285 ⋅ 195 ⋅ 418 mod 523
55575 ⋅ 418 mod 523 ≡ 137 ⋅ 418 mod 523
57266 mod 523 ≡ 259 mod 523

Es gilt also: 418173 ≡ 259 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 79.

Also bestimme x, so dass 79 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 79

=>83 = 1⋅79 + 4
=>79 = 19⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,79)=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= 4-1⋅3
3= 79-19⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(79 -19⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅79 +19⋅ 4)
= -1⋅79 +20⋅ 4 (=1)
4= 83-1⋅79 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅79 +20⋅(83 -1⋅ 79)
= -1⋅79 +20⋅83 -20⋅ 79)
= 20⋅83 -21⋅ 79 (=1)

Es gilt also: ggt(83,79)=1 = 20⋅83 -21⋅79

oder wenn man 20⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -20⋅83 = -21⋅79

-21⋅79 = -20⋅83 + 1 |+83⋅79

-21⋅79 + 83⋅79 = -20⋅83 + 83⋅79 + 1

(-21 + 83) ⋅ 79 = (-20 + 79) ⋅ 83 + 1

62⋅79 = 59⋅83 + 1

Es gilt also: 62⋅79 = 59⋅83 +1

Somit 62⋅79 = 1 mod 83

62 ist also das Inverse von 79 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.