Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11998 - 27) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11998 - 27) mod 3 ≡ (11998 mod 3 - 27 mod 3) mod 3.

11998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998 = 12000-2 = 3 ⋅ 4000 -2 = 3 ⋅ 4000 - 3 + 1.

27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 30-3 = 3 ⋅ 10 -3 = 3 ⋅ 10 - 3 + 0.

Somit gilt:

(11998 - 27) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 98) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 ⋅ 98) mod 6 ≡ (80 mod 6 ⋅ 98 mod 6) mod 6.

80 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 78 + 2 = 13 ⋅ 6 + 2 ist.

98 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 16 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(80 ⋅ 98) mod 6 ≡ (2 ⋅ 2) mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32132 mod 541.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 321 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 3211=321

2: 3212=3211+1=3211⋅3211 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 251 mod 541

4: 3214=3212+2=3212⋅3212 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 245 mod 541

8: 3218=3214+4=3214⋅3214 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 515 mod 541

16: 32116=3218+8=3218⋅3218 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 135 mod 541

32: 32132=32116+16=32116⋅32116 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 372 mod 541

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 458138 mod 571.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 138 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 138 an und zerlegen 138 in eine Summer von 2er-Potenzen:

138 = 128+8+2

1: 4581=458

2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 207 mod 571

4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 24 mod 571

8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 24⋅24=576 ≡ 5 mod 571

16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 571

32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 25⋅25=625 ≡ 54 mod 571

64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 61 mod 571

128: 458128=45864+64=45864⋅45864 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 295 mod 571

458138

= 458128+8+2

= 458128⋅4588⋅4582

295 ⋅ 5 ⋅ 207 mod 571
1475 ⋅ 207 mod 571 ≡ 333 ⋅ 207 mod 571
68931 mod 571 ≡ 411 mod 571

Es gilt also: 458138 ≡ 411 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 54

=>79 = 1⋅54 + 25
=>54 = 2⋅25 + 4
=>25 = 6⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,54)=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= 25-6⋅4
4= 54-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -6⋅(54 -2⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅54 +12⋅ 25)
= -6⋅54 +13⋅ 25 (=1)
25= 79-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅54 +13⋅(79 -1⋅ 54)
= -6⋅54 +13⋅79 -13⋅ 54)
= 13⋅79 -19⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(79,54)=1 = 13⋅79 -19⋅54

oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅79 = -19⋅54

-19⋅54 = -13⋅79 + 1 |+79⋅54

-19⋅54 + 79⋅54 = -13⋅79 + 79⋅54 + 1

(-19 + 79) ⋅ 54 = (-13 + 54) ⋅ 79 + 1

60⋅54 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 60⋅54 = 41⋅79 +1

Somit 60⋅54 = 1 mod 79

60 ist also das Inverse von 54 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.