Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27004 - 184) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27004 - 184) mod 9 ≡ (27004 mod 9 - 184 mod 9) mod 9.

27004 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27004 = 27000+4 = 9 ⋅ 3000 +4.

184 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 184 = 180+4 = 9 ⋅ 20 +4.

Somit gilt:

(27004 - 184) mod 9 ≡ (4 - 4) mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 96) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 96) mod 6 ≡ (73 mod 6 ⋅ 96 mod 6) mod 6.

73 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 12 ⋅ 6 + 1 ist.

96 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 16 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 96) mod 6 ≡ (1 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32064 mod 619.

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. 320 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 3201=320

2: 3202=3201+1=3201⋅3201 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 265 mod 619

4: 3204=3202+2=3202⋅3202 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 278 mod 619

8: 3208=3204+4=3204⋅3204 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 528 mod 619

16: 32016=3208+8=3208⋅3208 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 234 mod 619

32: 32032=32016+16=32016⋅32016 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 284 mod 619

64: 32064=32032+32=32032⋅32032 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 186 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 317115 mod 383.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 3171=317

2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 143 mod 383

4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 150 mod 383

8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 286 mod 383

16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 217 mod 383

32: 31732=31716+16=31716⋅31716 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 363 mod 383

64: 31764=31732+32=31732⋅31732 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 17 mod 383

317115

= 31764+32+16+2+1

= 31764⋅31732⋅31716⋅3172⋅3171

17 ⋅ 363 ⋅ 217 ⋅ 143 ⋅ 317 mod 383
6171 ⋅ 217 ⋅ 143 ⋅ 317 mod 383 ≡ 43 ⋅ 217 ⋅ 143 ⋅ 317 mod 383
9331 ⋅ 143 ⋅ 317 mod 383 ≡ 139 ⋅ 143 ⋅ 317 mod 383
19877 ⋅ 317 mod 383 ≡ 344 ⋅ 317 mod 383
109048 mod 383 ≡ 276 mod 383

Es gilt also: 317115 ≡ 276 mod 383

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 86

=>97 = 1⋅86 + 11
=>86 = 7⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,86)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 86-7⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(86 -7⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅86 -35⋅ 11)
= 5⋅86 -39⋅ 11 (=1)
11= 97-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅86 -39⋅(97 -1⋅ 86)
= 5⋅86 -39⋅97 +39⋅ 86)
= -39⋅97 +44⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(97,86)=1 = -39⋅97 +44⋅86

oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +39⋅97 = +44⋅86

Es gilt also: 44⋅86 = 39⋅97 +1

Somit 44⋅86 = 1 mod 97

44 ist also das Inverse von 86 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.