Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36001 - 449) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36001 - 449) mod 9 ≡ (36001 mod 9 - 449 mod 9) mod 9.

36001 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36001 = 36000+1 = 9 ⋅ 4000 +1.

449 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 449 = 450-1 = 9 ⋅ 50 -1 = 9 ⋅ 50 - 9 + 8.

Somit gilt:

(36001 - 449) mod 9 ≡ (1 - 8) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 25) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 25) mod 8 ≡ (73 mod 8 ⋅ 25 mod 8) mod 8.

73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 9 ⋅ 8 + 1 ist.

25 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 24 + 1 = 3 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 25) mod 8 ≡ (1 ⋅ 1) mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 35464 mod 1009.

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. 354 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 3541=354

2: 3542=3541+1=3541⋅3541 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 200 mod 1009

4: 3544=3542+2=3542⋅3542 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 649 mod 1009

8: 3548=3544+4=3544⋅3544 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 448 mod 1009

16: 35416=3548+8=3548⋅3548 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 922 mod 1009

32: 35432=35416+16=35416⋅35416 ≡ 922⋅922=850084 ≡ 506 mod 1009

64: 35464=35432+32=35432⋅35432 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 759 mod 1009

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 658153 mod 857.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 153 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 153 an und zerlegen 153 in eine Summer von 2er-Potenzen:

153 = 128+16+8+1

1: 6581=658

2: 6582=6581+1=6581⋅6581 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 179 mod 857

4: 6584=6582+2=6582⋅6582 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 332 mod 857

8: 6588=6584+4=6584⋅6584 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 528 mod 857

16: 65816=6588+8=6588⋅6588 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 259 mod 857

32: 65832=65816+16=65816⋅65816 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 235 mod 857

64: 65864=65832+32=65832⋅65832 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 377 mod 857

128: 658128=65864+64=65864⋅65864 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 724 mod 857

658153

= 658128+16+8+1

= 658128⋅65816⋅6588⋅6581

724 ⋅ 259 ⋅ 528 ⋅ 658 mod 857
187516 ⋅ 528 ⋅ 658 mod 857 ≡ 690 ⋅ 528 ⋅ 658 mod 857
364320 ⋅ 658 mod 857 ≡ 95 ⋅ 658 mod 857
62510 mod 857 ≡ 806 mod 857

Es gilt also: 658153 ≡ 806 mod 857

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59

=>79 = 1⋅59 + 20
=>59 = 2⋅20 + 19
=>20 = 1⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19
19= 59-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20)
= -1⋅59 +3⋅ 20 (=1)
20= 79-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59)
= 3⋅79 -4⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59

oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅79 = -4⋅59

-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59

-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1

(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1

75⋅59 = 56⋅79 + 1

Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1

Somit 75⋅59 = 1 mod 79

75 ist also das Inverse von 59 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.