Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (502 - 2498) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(502 - 2498) mod 5 ≡ (502 mod 5 - 2498 mod 5) mod 5.

502 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 502 = 500+2 = 5 ⋅ 100 +2.

2498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2498 = 2400+98 = 5 ⋅ 480 +98.

Somit gilt:

(502 - 2498) mod 5 ≡ (2 - 3) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 22) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 22) mod 8 ≡ (90 mod 8 ⋅ 22 mod 8) mod 8.

90 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 88 + 2 = 11 ⋅ 8 + 2 ist.

22 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 16 + 6 = 2 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 22) mod 8 ≡ (2 ⋅ 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 622128 mod 677.

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. 622 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 6221=622

2: 6222=6221+1=6221⋅6221 ≡ 622⋅622=386884 ≡ 317 mod 677

4: 6224=6222+2=6222⋅6222 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 293 mod 677

8: 6228=6224+4=6224⋅6224 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 547 mod 677

16: 62216=6228+8=6228⋅6228 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 652 mod 677

32: 62232=62216+16=62216⋅62216 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 625 mod 677

64: 62264=62232+32=62232⋅62232 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 673 mod 677

128: 622128=62264+64=62264⋅62264 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 16 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 314167 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:

167 = 128+32+4+2+1

1: 3141=314

2: 3142=3141+1=3141⋅3141 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 240 mod 367

4: 3144=3142+2=3142⋅3142 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 348 mod 367

8: 3148=3144+4=3144⋅3144 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 361 mod 367

16: 31416=3148+8=3148⋅3148 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 36 mod 367

32: 31432=31416+16=31416⋅31416 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 195 mod 367

64: 31464=31432+32=31432⋅31432 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 224 mod 367

128: 314128=31464+64=31464⋅31464 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 264 mod 367

314167

= 314128+32+4+2+1

= 314128⋅31432⋅3144⋅3142⋅3141

264 ⋅ 195 ⋅ 348 ⋅ 240 ⋅ 314 mod 367
51480 ⋅ 348 ⋅ 240 ⋅ 314 mod 367 ≡ 100 ⋅ 348 ⋅ 240 ⋅ 314 mod 367
34800 ⋅ 240 ⋅ 314 mod 367 ≡ 302 ⋅ 240 ⋅ 314 mod 367
72480 ⋅ 314 mod 367 ≡ 181 ⋅ 314 mod 367
56834 mod 367 ≡ 316 mod 367

Es gilt also: 314167 ≡ 316 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 63

=>71 = 1⋅63 + 8
=>63 = 7⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,63)=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= 8-1⋅7
7= 63-7⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(63 -7⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅63 +7⋅ 8)
= -1⋅63 +8⋅ 8 (=1)
8= 71-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +8⋅(71 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +8⋅71 -8⋅ 63)
= 8⋅71 -9⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(71,63)=1 = 8⋅71 -9⋅63

oder wenn man 8⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅71 = -9⋅63

-9⋅63 = -8⋅71 + 1 |+71⋅63

-9⋅63 + 71⋅63 = -8⋅71 + 71⋅63 + 1

(-9 + 71) ⋅ 63 = (-8 + 63) ⋅ 71 + 1

62⋅63 = 55⋅71 + 1

Es gilt also: 62⋅63 = 55⋅71 +1

Somit 62⋅63 = 1 mod 71

62 ist also das Inverse von 63 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.