Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5994 - 596) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5994 - 596) mod 6 ≡ (5994 mod 6 - 596 mod 6) mod 6.

5994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5994 = 6000-6 = 6 ⋅ 1000 -6 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 0.

596 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 596 = 600-4 = 6 ⋅ 100 -4 = 6 ⋅ 100 - 6 + 2.

Somit gilt:

(5994 - 596) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 86) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(97 ⋅ 86) mod 9 ≡ (97 mod 9 ⋅ 86 mod 9) mod 9.

97 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90 + 7 = 10 ⋅ 9 + 7 ist.

86 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 81 + 5 = 9 ⋅ 9 + 5 ist.

Somit gilt:

(97 ⋅ 86) mod 9 ≡ (7 ⋅ 5) mod 9 ≡ 35 mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 669128 mod 911.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 669 -> x
2. mod(x²,911) -> 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: 6691=669

2: 6692=6691+1=6691⋅6691 ≡ 669⋅669=447561 ≡ 260 mod 911

4: 6694=6692+2=6692⋅6692 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 186 mod 911

8: 6698=6694+4=6694⋅6694 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 889 mod 911

16: 66916=6698+8=6698⋅6698 ≡ 889⋅889=790321 ≡ 484 mod 911

32: 66932=66916+16=66916⋅66916 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 129 mod 911

64: 66964=66932+32=66932⋅66932 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 243 mod 911

128: 669128=66964+64=66964⋅66964 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 745 mod 911

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 296161 mod 653.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 161 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 161 an und zerlegen 161 in eine Summer von 2er-Potenzen:

161 = 128+32+1

1: 2961=296

2: 2962=2961+1=2961⋅2961 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 114 mod 653

4: 2964=2962+2=2962⋅2962 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 589 mod 653

8: 2968=2964+4=2964⋅2964 ≡ 589⋅589=346921 ≡ 178 mod 653

16: 29616=2968+8=2968⋅2968 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 340 mod 653

32: 29632=29616+16=29616⋅29616 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 19 mod 653

64: 29664=29632+32=29632⋅29632 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 653

128: 296128=29664+64=29664⋅29664 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 374 mod 653

296161

= 296128+32+1

= 296128⋅29632⋅2961

≡ 374 ⋅ 19 ⋅ 296 mod 653
≡ 7106 ⋅ 296 mod 653 ≡ 576 ⋅ 296 mod 653
≡ 170496 mod 653 ≡ 63 mod 653

Es gilt also: 296161 ≡ 63 mod 653

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 28

=>53 = 1⋅28 + 25
=>28 = 1⋅25 + 3
=>25 = 8⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,28)=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= 25-8⋅3
3= 28-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -8⋅(28 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -8⋅28 +8⋅ 25)
= -8⋅28 +9⋅ 25 (=1)
25= 53-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅28 +9⋅(53 -1⋅ 28)
= -8⋅28 +9⋅53 -9⋅ 28)
= 9⋅53 -17⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(53,28)=1 = 9⋅53 -17⋅28

oder wenn man 9⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅53 = -17⋅28

-17⋅28 = -9⋅53 + 1 |+53⋅28

-17⋅28 + 53⋅28 = -9⋅53 + 53⋅28 + 1

(-17 + 53) ⋅ 28 = (-9 + 28) ⋅ 53 + 1

36⋅28 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 36⋅28 = 19⋅53 +1

Somit 36⋅28 = 1 mod 53

36 ist also das Inverse von 28 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.