Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (78 - 8004) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(78 - 8004) mod 4 ≡ (78 mod 4 - 8004 mod 4) mod 4.

78 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 80-2 = 4 ⋅ 20 -2 = 4 ⋅ 20 - 4 + 2.

8004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8004 = 8000+4 = 4 ⋅ 2000 +4.

Somit gilt:

(78 - 8004) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 40) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 40) mod 8 ≡ (64 mod 8 ⋅ 40 mod 8) mod 8.

64 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 8 ⋅ 8 + 0 ist.

40 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 5 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 40) mod 8 ≡ (0 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 50764 mod 523.

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. 507 -> x
2. mod(x²,523) -> 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: 5071=507

2: 5072=5071+1=5071⋅5071 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 256 mod 523

4: 5074=5072+2=5072⋅5072 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 161 mod 523

8: 5078=5074+4=5074⋅5074 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 294 mod 523

16: 50716=5078+8=5078⋅5078 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 141 mod 523

32: 50732=50716+16=50716⋅50716 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 7 mod 523

64: 50764=50732+32=50732⋅50732 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 523

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 915227 mod 937.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 9151=915

2: 9152=9151+1=9151⋅9151 ≡ 915⋅915=837225 ≡ 484 mod 937

4: 9154=9152+2=9152⋅9152 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 6 mod 937

8: 9158=9154+4=9154⋅9154 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 937

16: 91516=9158+8=9158⋅9158 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 359 mod 937

32: 91532=91516+16=91516⋅91516 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 512 mod 937

64: 91564=91532+32=91532⋅91532 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 721 mod 937

128: 915128=91564+64=91564⋅91564 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 743 mod 937

915227

= 915128+64+32+2+1

= 915128⋅91564⋅91532⋅9152⋅9151

743 ⋅ 721 ⋅ 512 ⋅ 484 ⋅ 915 mod 937
535703 ⋅ 512 ⋅ 484 ⋅ 915 mod 937 ≡ 676 ⋅ 512 ⋅ 484 ⋅ 915 mod 937
346112 ⋅ 484 ⋅ 915 mod 937 ≡ 359 ⋅ 484 ⋅ 915 mod 937
173756 ⋅ 915 mod 937 ≡ 411 ⋅ 915 mod 937
376065 mod 937 ≡ 328 mod 937

Es gilt also: 915227 ≡ 328 mod 937

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52

=>59 = 1⋅52 + 7
=>52 = 7⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3
3= 52-7⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7)
= -2⋅52 +15⋅ 7 (=1)
7= 59-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52)
= 15⋅59 -17⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52

oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅59 = -17⋅52

-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52

-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1

(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1

42⋅52 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1

Somit 42⋅52 = 1 mod 59

42 ist also das Inverse von 52 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.