Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (396 + 800) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(396 + 800) mod 4 ≡ (396 mod 4 + 800 mod 4) mod 4.

396 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 396 = 300+96 = 4 ⋅ 75 +96.

800 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 800 = 800+0 = 4 ⋅ 200 +0.

Somit gilt:

(396 + 800) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 44) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16 ⋅ 44) mod 9 ≡ (16 mod 9 ⋅ 44 mod 9) mod 9.

16 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 9 + 7 = 1 ⋅ 9 + 7 ist.

44 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 36 + 8 = 4 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(16 ⋅ 44) mod 9 ≡ (7 ⋅ 8) mod 9 ≡ 56 mod 9 ≡ 2 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 724128 mod 809.

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. 724 -> x
2. mod(x²,809) -> 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: 7241=724

2: 7242=7241+1=7241⋅7241 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 753 mod 809

4: 7244=7242+2=7242⋅7242 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 709 mod 809

8: 7248=7244+4=7244⋅7244 ≡ 709⋅709=502681 ≡ 292 mod 809

16: 72416=7248+8=7248⋅7248 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 319 mod 809

32: 72432=72416+16=72416⋅72416 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 636 mod 809

64: 72464=72432+32=72432⋅72432 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 805 mod 809

128: 724128=72464+64=72464⋅72464 ≡ 805⋅805=648025 ≡ 16 mod 809

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 597235 mod 937.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 5971=597

2: 5972=5971+1=5971⋅5971 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 349 mod 937

4: 5974=5972+2=5972⋅5972 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 928 mod 937

8: 5978=5974+4=5974⋅5974 ≡ 928⋅928=861184 ≡ 81 mod 937

16: 59716=5978+8=5978⋅5978 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 2 mod 937

32: 59732=59716+16=59716⋅59716 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 937

64: 59764=59732+32=59732⋅59732 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 937

128: 597128=59764+64=59764⋅59764 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 937

597235

= 597128+64+32+8+2+1

= 597128⋅59764⋅59732⋅5978⋅5972⋅5971

256 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 81 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937
4096 ⋅ 4 ⋅ 81 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937 ≡ 348 ⋅ 4 ⋅ 81 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937
1392 ⋅ 81 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937 ≡ 455 ⋅ 81 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937
36855 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937 ≡ 312 ⋅ 349 ⋅ 597 mod 937
108888 ⋅ 597 mod 937 ≡ 196 ⋅ 597 mod 937
117012 mod 937 ≡ 824 mod 937

Es gilt also: 597235 ≡ 824 mod 937

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 98.

Also bestimme x, so dass 98 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 98

=>101 = 1⋅98 + 3
=>98 = 32⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,98)=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= 3-1⋅2
2= 98-32⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(98 -32⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅98 +32⋅ 3)
= -1⋅98 +33⋅ 3 (=1)
3= 101-1⋅98 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅98 +33⋅(101 -1⋅ 98)
= -1⋅98 +33⋅101 -33⋅ 98)
= 33⋅101 -34⋅ 98 (=1)

Es gilt also: ggt(101,98)=1 = 33⋅101 -34⋅98

oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅101 = -34⋅98

-34⋅98 = -33⋅101 + 1 |+101⋅98

-34⋅98 + 101⋅98 = -33⋅101 + 101⋅98 + 1

(-34 + 101) ⋅ 98 = (-33 + 98) ⋅ 101 + 1

67⋅98 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 67⋅98 = 65⋅101 +1

Somit 67⋅98 = 1 mod 101

67 ist also das Inverse von 98 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.