Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (29998 + 298) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(29998 + 298) mod 6 ≡ (29998 mod 6 + 298 mod 6) mod 6.

29998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29998 = 30000-2 = 6 ⋅ 5000 -2 = 6 ⋅ 5000 - 6 + 4.

298 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298 = 300-2 = 6 ⋅ 50 -2 = 6 ⋅ 50 - 6 + 4.

Somit gilt:

(29998 + 298) mod 6 ≡ (4 + 4) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 81) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 81) mod 7 ≡ (52 mod 7 ⋅ 81 mod 7) mod 7.

52 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 49 + 3 = 7 ⋅ 7 + 3 ist.

81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 81) mod 7 ≡ (3 ⋅ 4) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54764 mod 733.

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. 547 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 5471=547

2: 5472=5471+1=5471⋅5471 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 145 mod 733

4: 5474=5472+2=5472⋅5472 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 501 mod 733

8: 5478=5474+4=5474⋅5474 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 315 mod 733

16: 54716=5478+8=5478⋅5478 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 270 mod 733

32: 54732=54716+16=54716⋅54716 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 333 mod 733

64: 54764=54732+32=54732⋅54732 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 206 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 454251 mod 881.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:

251 = 128+64+32+16+8+2+1

1: 4541=454

2: 4542=4541+1=4541⋅4541 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 843 mod 881

4: 4544=4542+2=4542⋅4542 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 563 mod 881

8: 4548=4544+4=4544⋅4544 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 690 mod 881

16: 45416=4548+8=4548⋅4548 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 360 mod 881

32: 45432=45416+16=45416⋅45416 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 93 mod 881

64: 45464=45432+32=45432⋅45432 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 720 mod 881

128: 454128=45464+64=45464⋅45464 ≡ 720⋅720=518400 ≡ 372 mod 881

454251

= 454128+64+32+16+8+2+1

= 454128⋅45464⋅45432⋅45416⋅4548⋅4542⋅4541

372 ⋅ 720 ⋅ 93 ⋅ 360 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881
267840 ⋅ 93 ⋅ 360 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881 ≡ 16 ⋅ 93 ⋅ 360 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881
1488 ⋅ 360 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881 ≡ 607 ⋅ 360 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881
218520 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881 ≡ 32 ⋅ 690 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881
22080 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881 ≡ 55 ⋅ 843 ⋅ 454 mod 881
46365 ⋅ 454 mod 881 ≡ 553 ⋅ 454 mod 881
251062 mod 881 ≡ 858 mod 881

Es gilt also: 454251 ≡ 858 mod 881

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 88.

Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 88

=>101 = 1⋅88 + 13
=>88 = 6⋅13 + 10
=>13 = 1⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,88)=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= 10-3⋅3
3= 13-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10)
= -3⋅13 +4⋅ 10 (=1)
10= 88-6⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅13 +4⋅(88 -6⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅88 -24⋅ 13)
= 4⋅88 -27⋅ 13 (=1)
13= 101-1⋅88 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅88 -27⋅(101 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -27⋅101 +27⋅ 88)
= -27⋅101 +31⋅ 88 (=1)

Es gilt also: ggt(101,88)=1 = -27⋅101 +31⋅88

oder wenn man -27⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +27⋅101 = +31⋅88

Es gilt also: 31⋅88 = 27⋅101 +1

Somit 31⋅88 = 1 mod 101

31 ist also das Inverse von 88 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.