Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (88 - 3000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(88 - 3000) mod 3 ≡ (88 mod 3 - 3000 mod 3) mod 3.

88 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 90-2 = 3 ⋅ 30 -2 = 3 ⋅ 30 - 3 + 1.

3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 3 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(88 - 3000) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 39) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(88 ⋅ 39) mod 4 ≡ (88 mod 4 ⋅ 39 mod 4) mod 4.

88 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 88 + 0 = 22 ⋅ 4 + 0 ist.

39 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 9 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(88 ⋅ 39) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19164 mod 487.

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. 191 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 1911=191

2: 1912=1911+1=1911⋅1911 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 443 mod 487

4: 1914=1912+2=1912⋅1912 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 475 mod 487

8: 1918=1914+4=1914⋅1914 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 144 mod 487

16: 19116=1918+8=1918⋅1918 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 282 mod 487

32: 19132=19116+16=19116⋅19116 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 143 mod 487

64: 19164=19132+32=19132⋅19132 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 482 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 105244 mod 349.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:

244 = 128+64+32+16+4

1: 1051=105

2: 1052=1051+1=1051⋅1051 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 206 mod 349

4: 1054=1052+2=1052⋅1052 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 207 mod 349

8: 1058=1054+4=1054⋅1054 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 271 mod 349

16: 10516=1058+8=1058⋅1058 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 151 mod 349

32: 10532=10516+16=10516⋅10516 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 116 mod 349

64: 10564=10532+32=10532⋅10532 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 194 mod 349

128: 105128=10564+64=10564⋅10564 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 293 mod 349

105244

= 105128+64+32+16+4

= 105128⋅10564⋅10532⋅10516⋅1054

293 ⋅ 194 ⋅ 116 ⋅ 151 ⋅ 207 mod 349
56842 ⋅ 116 ⋅ 151 ⋅ 207 mod 349 ≡ 304 ⋅ 116 ⋅ 151 ⋅ 207 mod 349
35264 ⋅ 151 ⋅ 207 mod 349 ≡ 15 ⋅ 151 ⋅ 207 mod 349
2265 ⋅ 207 mod 349 ≡ 171 ⋅ 207 mod 349
35397 mod 349 ≡ 148 mod 349

Es gilt also: 105244 ≡ 148 mod 349

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 35

=>89 = 2⋅35 + 19
=>35 = 1⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,35)=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= 16-5⋅3
3= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 35-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(35 -1⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅35 -6⋅ 19)
= 6⋅35 -11⋅ 19 (=1)
19= 89-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅35 -11⋅(89 -2⋅ 35)
= 6⋅35 -11⋅89 +22⋅ 35)
= -11⋅89 +28⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(89,35)=1 = -11⋅89 +28⋅35

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +28⋅35

Es gilt also: 28⋅35 = 11⋅89 +1

Somit 28⋅35 = 1 mod 89

28 ist also das Inverse von 35 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.