Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12003 + 31) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12003 + 31) mod 3 ≡ (12003 mod 3 + 31 mod 3) mod 3.

12003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12003 = 12000+3 = 3 ⋅ 4000 +3.

31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30+1 = 3 ⋅ 10 +1.

Somit gilt:

(12003 + 31) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (42 ⋅ 19) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(42 ⋅ 19) mod 9 ≡ (42 mod 9 ⋅ 19 mod 9) mod 9.

42 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 36 + 6 = 4 ⋅ 9 + 6 ist.

19 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 2 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(42 ⋅ 19) mod 9 ≡ (6 ⋅ 1) mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 292128 mod 367.

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. 292 -> x
2. mod(x²,367) -> 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: 2921=292

2: 2922=2921+1=2921⋅2921 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 120 mod 367

4: 2924=2922+2=2922⋅2922 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 87 mod 367

8: 2928=2924+4=2924⋅2924 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 229 mod 367

16: 29216=2928+8=2928⋅2928 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 327 mod 367

32: 29232=29216+16=29216⋅29216 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 132 mod 367

64: 29264=29232+32=29232⋅29232 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 175 mod 367

128: 292128=29264+64=29264⋅29264 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 164 mod 367

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29877 mod 389.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 77 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 77 an und zerlegen 77 in eine Summer von 2er-Potenzen:

77 = 64+8+4+1

1: 2981=298

2: 2982=2981+1=2981⋅2981 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 112 mod 389

4: 2984=2982+2=2982⋅2982 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 96 mod 389

8: 2988=2984+4=2984⋅2984 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 269 mod 389

16: 29816=2988+8=2988⋅2988 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 7 mod 389

32: 29832=29816+16=29816⋅29816 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 389

64: 29864=29832+32=29832⋅29832 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 67 mod 389

29877

= 29864+8+4+1

= 29864⋅2988⋅2984⋅2981

67 ⋅ 269 ⋅ 96 ⋅ 298 mod 389
18023 ⋅ 96 ⋅ 298 mod 389 ≡ 129 ⋅ 96 ⋅ 298 mod 389
12384 ⋅ 298 mod 389 ≡ 325 ⋅ 298 mod 389
96850 mod 389 ≡ 378 mod 389

Es gilt also: 29877 ≡ 378 mod 389

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 60.

Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 60

=>101 = 1⋅60 + 41
=>60 = 1⋅41 + 19
=>41 = 2⋅19 + 3
=>19 = 6⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,60)=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= 19-6⋅3
3= 41-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19)
= -6⋅41 +13⋅ 19 (=1)
19= 60-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅41 +13⋅(60 -1⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅60 -13⋅ 41)
= 13⋅60 -19⋅ 41 (=1)
41= 101-1⋅60 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅60 -19⋅(101 -1⋅ 60)
= 13⋅60 -19⋅101 +19⋅ 60)
= -19⋅101 +32⋅ 60 (=1)

Es gilt also: ggt(101,60)=1 = -19⋅101 +32⋅60

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +32⋅60

Es gilt also: 32⋅60 = 19⋅101 +1

Somit 32⋅60 = 1 mod 101

32 ist also das Inverse von 60 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.