Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 - 11998) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 - 11998) mod 4 ≡ (37 mod 4 - 11998 mod 4) mod 4.

37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 40-3 = 4 ⋅ 10 -3 = 4 ⋅ 10 - 4 + 1.

11998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11998 = 11000+998 = 4 ⋅ 2750 +998.

Somit gilt:

(37 - 11998) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 23) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(77 ⋅ 23) mod 8 ≡ (77 mod 8 ⋅ 23 mod 8) mod 8.

77 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 9 ⋅ 8 + 5 ist.

23 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 16 + 7 = 2 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(77 ⋅ 23) mod 8 ≡ (5 ⋅ 7) mod 8 ≡ 35 mod 8 ≡ 3 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6698 mod 991.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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(x²,991) -> 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 ≡ 620 mod 991

4: 6694=6692+2=6692⋅6692 ≡ 620⋅620=384400 ≡ 883 mod 991

8: 6698=6694+4=6694⋅6694 ≡ 883⋅883=779689 ≡ 763 mod 991

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 359142 mod 647.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 142 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 142 an und zerlegen 142 in eine Summer von 2er-Potenzen:

142 = 128+8+4+2

1: 3591=359

2: 3592=3591+1=3591⋅3591 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 128 mod 647

4: 3594=3592+2=3592⋅3592 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 209 mod 647

8: 3598=3594+4=3594⋅3594 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 332 mod 647

16: 35916=3598+8=3598⋅3598 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 234 mod 647

32: 35932=35916+16=35916⋅35916 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 408 mod 647

64: 35964=35932+32=35932⋅35932 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 185 mod 647

128: 359128=35964+64=35964⋅35964 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 581 mod 647

359142

= 359128+8+4+2

= 359128⋅3598⋅3594⋅3592

581 ⋅ 332 ⋅ 209 ⋅ 128 mod 647
192892 ⋅ 209 ⋅ 128 mod 647 ≡ 86 ⋅ 209 ⋅ 128 mod 647
17974 ⋅ 128 mod 647 ≡ 505 ⋅ 128 mod 647
64640 mod 647 ≡ 587 mod 647

Es gilt also: 359142 ≡ 587 mod 647

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 26.

Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 26

=>59 = 2⋅26 + 7
=>26 = 3⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,26)=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= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 26-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(26 -3⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅26 -9⋅ 7)
= 3⋅26 -11⋅ 7 (=1)
7= 59-2⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅26 -11⋅(59 -2⋅ 26)
= 3⋅26 -11⋅59 +22⋅ 26)
= -11⋅59 +25⋅ 26 (=1)

Es gilt also: ggt(59,26)=1 = -11⋅59 +25⋅26

oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅59 = +25⋅26

Es gilt also: 25⋅26 = 11⋅59 +1

Somit 25⋅26 = 1 mod 59

25 ist also das Inverse von 26 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.