Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3201 + 154) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3201 + 154) mod 8 ≡ (3201 mod 8 + 154 mod 8) mod 8.

3201 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3201 = 3200+1 = 8 ⋅ 400 +1.

154 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 154 = 160-6 = 8 ⋅ 20 -6 = 8 ⋅ 20 - 8 + 2.

Somit gilt:

(3201 + 154) mod 8 ≡ (1 + 2) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 24) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 24) mod 4 ≡ (23 mod 4 ⋅ 24 mod 4) mod 4.

23 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 5 ⋅ 4 + 3 ist.

24 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 6 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 24) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9916 mod 239.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 99 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 991=99

2: 992=991+1=991⋅991 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 2 mod 239

4: 994=992+2=992⋅992 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 239

8: 998=994+4=994⋅994 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 239

16: 9916=998+8=998⋅998 ≡ 16⋅16=256 ≡ 17 mod 239

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 332111 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 111 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 111 an und zerlegen 111 in eine Summer von 2er-Potenzen:

111 = 64+32+8+4+2+1

1: 3321=332

2: 3322=3321+1=3321⋅3321 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 167 mod 701

4: 3324=3322+2=3322⋅3322 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 550 mod 701

8: 3328=3324+4=3324⋅3324 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 369 mod 701

16: 33216=3328+8=3328⋅3328 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 167 mod 701

32: 33232=33216+16=33216⋅33216 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 550 mod 701

64: 33264=33232+32=33232⋅33232 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 369 mod 701

332111

= 33264+32+8+4+2+1

= 33264⋅33232⋅3328⋅3324⋅3322⋅3321

369 ⋅ 550 ⋅ 369 ⋅ 550 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701
202950 ⋅ 369 ⋅ 550 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701 ≡ 361 ⋅ 369 ⋅ 550 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701
133209 ⋅ 550 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701 ≡ 19 ⋅ 550 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701
10450 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701 ≡ 636 ⋅ 167 ⋅ 332 mod 701
106212 ⋅ 332 mod 701 ≡ 361 ⋅ 332 mod 701
119852 mod 701 ≡ 682 mod 701

Es gilt also: 332111 ≡ 682 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 46

=>89 = 1⋅46 + 43
=>46 = 1⋅43 + 3
=>43 = 14⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,46)=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= 43-14⋅3
3= 46-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅43 -14⋅(46 -1⋅ 43)
= 1⋅43 -14⋅46 +14⋅ 43)
= -14⋅46 +15⋅ 43 (=1)
43= 89-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -14⋅46 +15⋅(89 -1⋅ 46)
= -14⋅46 +15⋅89 -15⋅ 46)
= 15⋅89 -29⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(89,46)=1 = 15⋅89 -29⋅46

oder wenn man 15⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅89 = -29⋅46

-29⋅46 = -15⋅89 + 1 |+89⋅46

-29⋅46 + 89⋅46 = -15⋅89 + 89⋅46 + 1

(-29 + 89) ⋅ 46 = (-15 + 46) ⋅ 89 + 1

60⋅46 = 31⋅89 + 1

Es gilt also: 60⋅46 = 31⋅89 +1

Somit 60⋅46 = 1 mod 89

60 ist also das Inverse von 46 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.