Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (189 + 4507) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(189 + 4507) mod 9 ≡ (189 mod 9 + 4507 mod 9) mod 9.

189 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 189 = 180+9 = 9 ⋅ 20 +9.

4507 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4507 = 4500+7 = 9 ⋅ 500 +7.

Somit gilt:

(189 + 4507) mod 9 ≡ (0 + 7) mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 18) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(99 ⋅ 18) mod 6 ≡ (99 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.

99 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 16 ⋅ 6 + 3 ist.

18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(99 ⋅ 18) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26916 mod 421.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 269 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 2691=269

2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 370 mod 421

4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 75 mod 421

8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 152 mod 421

16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 370 mod 421

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 182187 mod 397.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:

187 = 128+32+16+8+2+1

1: 1821=182

2: 1822=1821+1=1821⋅1821 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 173 mod 397

4: 1824=1822+2=1822⋅1822 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 154 mod 397

8: 1828=1824+4=1824⋅1824 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 293 mod 397

16: 18216=1828+8=1828⋅1828 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 97 mod 397

32: 18232=18216+16=18216⋅18216 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 278 mod 397

64: 18264=18232+32=18232⋅18232 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 266 mod 397

128: 182128=18264+64=18264⋅18264 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 90 mod 397

182187

= 182128+32+16+8+2+1

= 182128⋅18232⋅18216⋅1828⋅1822⋅1821

90 ⋅ 278 ⋅ 97 ⋅ 293 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397
25020 ⋅ 97 ⋅ 293 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397 ≡ 9 ⋅ 97 ⋅ 293 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397
873 ⋅ 293 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397 ≡ 79 ⋅ 293 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397
23147 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397 ≡ 121 ⋅ 173 ⋅ 182 mod 397
20933 ⋅ 182 mod 397 ≡ 289 ⋅ 182 mod 397
52598 mod 397 ≡ 194 mod 397

Es gilt also: 182187 ≡ 194 mod 397

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 19.

Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 19

=>61 = 3⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,19)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 61-3⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(61 -3⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅61 -15⋅ 19)
= 5⋅61 -16⋅ 19 (=1)

Es gilt also: ggt(61,19)=1 = 5⋅61 -16⋅19

oder wenn man 5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅61 = -16⋅19

-16⋅19 = -5⋅61 + 1 |+61⋅19

-16⋅19 + 61⋅19 = -5⋅61 + 61⋅19 + 1

(-16 + 61) ⋅ 19 = (-5 + 19) ⋅ 61 + 1

45⋅19 = 14⋅61 + 1

Es gilt also: 45⋅19 = 14⋅61 +1

Somit 45⋅19 = 1 mod 61

45 ist also das Inverse von 19 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.