Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (139 - 27994) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(139 - 27994) mod 7 ≡ (139 mod 7 - 27994 mod 7) mod 7.

139 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 139 = 140-1 = 7 ⋅ 20 -1 = 7 ⋅ 20 - 7 + 6.

27994 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27994 = 28000-6 = 7 ⋅ 4000 -6 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 1.

Somit gilt:

(139 - 27994) mod 7 ≡ (6 - 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 85) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(99 ⋅ 85) mod 4 ≡ (99 mod 4 ⋅ 85 mod 4) mod 4.

99 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 24 ⋅ 4 + 3 ist.

85 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 21 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(99 ⋅ 85) mod 4 ≡ (3 ⋅ 1) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29316 mod 337.

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. 293 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 2931=293

2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 251 mod 337

4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 319 mod 337

8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 324 mod 337

16: 29316=2938+8=2938⋅2938 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 169 mod 337

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 696240 mod 997.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 240 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 240 an und zerlegen 240 in eine Summer von 2er-Potenzen:

240 = 128+64+32+16

1: 6961=696

2: 6962=6961+1=6961⋅6961 ≡ 696⋅696=484416 ≡ 871 mod 997

4: 6964=6962+2=6962⋅6962 ≡ 871⋅871=758641 ≡ 921 mod 997

8: 6968=6964+4=6964⋅6964 ≡ 921⋅921=848241 ≡ 791 mod 997

16: 69616=6968+8=6968⋅6968 ≡ 791⋅791=625681 ≡ 562 mod 997

32: 69632=69616+16=69616⋅69616 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 792 mod 997

64: 69664=69632+32=69632⋅69632 ≡ 792⋅792=627264 ≡ 151 mod 997

128: 696128=69664+64=69664⋅69664 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 867 mod 997

696240

= 696128+64+32+16

= 696128⋅69664⋅69632⋅69616

867 ⋅ 151 ⋅ 792 ⋅ 562 mod 997
130917 ⋅ 792 ⋅ 562 mod 997 ≡ 310 ⋅ 792 ⋅ 562 mod 997
245520 ⋅ 562 mod 997 ≡ 258 ⋅ 562 mod 997
144996 mod 997 ≡ 431 mod 997

Es gilt also: 696240 ≡ 431 mod 997

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 55

=>83 = 1⋅55 + 28
=>55 = 1⋅28 + 27
=>28 = 1⋅27 + 1
=>27 = 27⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,55)=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= 28-1⋅27
27= 55-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅28 -1⋅(55 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -1⋅55 +1⋅ 28)
= -1⋅55 +2⋅ 28 (=1)
28= 83-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅55 +2⋅(83 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +2⋅83 -2⋅ 55)
= 2⋅83 -3⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(83,55)=1 = 2⋅83 -3⋅55

oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅83 = -3⋅55

-3⋅55 = -2⋅83 + 1 |+83⋅55

-3⋅55 + 83⋅55 = -2⋅83 + 83⋅55 + 1

(-3 + 83) ⋅ 55 = (-2 + 55) ⋅ 83 + 1

80⋅55 = 53⋅83 + 1

Es gilt also: 80⋅55 = 53⋅83 +1

Somit 80⋅55 = 1 mod 83

80 ist also das Inverse von 55 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.