Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36006 - 36005) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36006 - 36005) mod 9 ≡ (36006 mod 9 - 36005 mod 9) mod 9.

36006 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36006 = 36000+6 = 9 ⋅ 4000 +6.

36005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36005 = 36000+5 = 9 ⋅ 4000 +5.

Somit gilt:

(36006 - 36005) mod 9 ≡ (6 - 5) mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 55) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(85 ⋅ 55) mod 10 ≡ (85 mod 10 ⋅ 55 mod 10) mod 10.

85 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 8 ⋅ 10 + 5 ist.

55 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 50 + 5 = 5 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(85 ⋅ 55) mod 10 ≡ (5 ⋅ 5) mod 10 ≡ 25 mod 10 ≡ 5 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23864 mod 619.

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. 238 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 2381=238

2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 315 mod 619

4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 185 mod 619

8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 180 mod 619

16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 212 mod 619

32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 376 mod 619

64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 244 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 279244 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:

244 = 128+64+32+16+4

1: 2791=279

2: 2792=2791+1=2791⋅2791 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 466 mod 619

4: 2794=2792+2=2792⋅2792 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 506 mod 619

8: 2798=2794+4=2794⋅2794 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 389 mod 619

16: 27916=2798+8=2798⋅2798 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 285 mod 619

32: 27932=27916+16=27916⋅27916 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 136 mod 619

64: 27964=27932+32=27932⋅27932 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 545 mod 619

128: 279128=27964+64=27964⋅27964 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 524 mod 619

279244

= 279128+64+32+16+4

= 279128⋅27964⋅27932⋅27916⋅2794

≡ 524 ⋅ 545 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 285580 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619 ≡ 221 ⋅ 136 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 30056 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619 ≡ 344 ⋅ 285 ⋅ 506 mod 619
≡ 98040 ⋅ 506 mod 619 ≡ 238 ⋅ 506 mod 619
≡ 120428 mod 619 ≡ 342 mod 619

Es gilt also: 279244 ≡ 342 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 32

=>59 = 1⋅32 + 27
=>32 = 1⋅27 + 5
=>27 = 5⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,32)=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= 5-2⋅2
2= 27-5⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(27 -5⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅27 +10⋅ 5)
= -2⋅27 +11⋅ 5 (=1)
5= 32-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅27 +11⋅(32 -1⋅ 27)
= -2⋅27 +11⋅32 -11⋅ 27)
= 11⋅32 -13⋅ 27 (=1)
27= 59-1⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅32 -13⋅(59 -1⋅ 32)
= 11⋅32 -13⋅59 +13⋅ 32)
= -13⋅59 +24⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(59,32)=1 = -13⋅59 +24⋅32

oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅59 = +24⋅32

Es gilt also: 24⋅32 = 13⋅59 +1

Somit 24⋅32 = 1 mod 59

24 ist also das Inverse von 32 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.