Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2495 + 9999) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2495 + 9999) mod 5 ≡ (2495 mod 5 + 9999 mod 5) mod 5.

2495 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2495 = 2400+95 = 5 ⋅ 480 +95.

9999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9999 = 9000+999 = 5 ⋅ 1800 +999.

Somit gilt:

(2495 + 9999) mod 5 ≡ (0 + 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 84) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 84) mod 8 ≡ (98 mod 8 ⋅ 84 mod 8) mod 8.

98 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 12 ⋅ 8 + 2 ist.

84 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 10 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 84) mod 8 ≡ (2 ⋅ 4) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3938 mod 739.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 393 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 3931=393

2: 3932=3931+1=3931⋅3931 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 737 mod 739

4: 3934=3932+2=3932⋅3932 ≡ 737⋅737=543169 ≡ 4 mod 739

8: 3938=3934+4=3934⋅3934 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 739

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 596185 mod 659.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 5961=596

2: 5962=5961+1=5961⋅5961 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 15 mod 659

4: 5964=5962+2=5962⋅5962 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 659

8: 5968=5964+4=5964⋅5964 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 541 mod 659

16: 59616=5968+8=5968⋅5968 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 85 mod 659

32: 59632=59616+16=59616⋅59616 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 635 mod 659

64: 59664=59632+32=59632⋅59632 ≡ 635⋅635=403225 ≡ 576 mod 659

128: 596128=59664+64=59664⋅59664 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 299 mod 659

596185

= 596128+32+16+8+1

= 596128⋅59632⋅59616⋅5968⋅5961

299 ⋅ 635 ⋅ 85 ⋅ 541 ⋅ 596 mod 659
189865 ⋅ 85 ⋅ 541 ⋅ 596 mod 659 ≡ 73 ⋅ 85 ⋅ 541 ⋅ 596 mod 659
6205 ⋅ 541 ⋅ 596 mod 659 ≡ 274 ⋅ 541 ⋅ 596 mod 659
148234 ⋅ 596 mod 659 ≡ 618 ⋅ 596 mod 659
368328 mod 659 ≡ 606 mod 659

Es gilt also: 596185 ≡ 606 mod 659

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44

=>67 = 1⋅44 + 23
=>44 = 1⋅23 + 21
=>23 = 1⋅21 + 2
=>21 = 10⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2
2= 23-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21)
= -10⋅23 +11⋅ 21 (=1)
21= 44-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23)
= 11⋅44 -21⋅ 23 (=1)
23= 67-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44)
= -21⋅67 +32⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44

oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅67 = +32⋅44

Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1

Somit 32⋅44 = 1 mod 67

32 ist also das Inverse von 44 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.