Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7993 - 3999) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7993 - 3999) mod 8 ≡ (7993 mod 8 - 3999 mod 8) mod 8.

7993 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7993 = 7000+993 = 8 ⋅ 875 +993.

3999 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3999 = 4000-1 = 8 ⋅ 500 -1 = 8 ⋅ 500 - 8 + 7.

Somit gilt:

(7993 - 3999) mod 8 ≡ (1 - 7) mod 8 ≡ -6 mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 71) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 71) mod 10 ≡ (39 mod 10 ⋅ 71 mod 10) mod 10.

39 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 30 + 9 = 3 ⋅ 10 + 9 ist.

71 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 7 ⋅ 10 + 1 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 71) mod 10 ≡ (9 ⋅ 1) mod 10 ≡ 9 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 6038 mod 743.

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. 603 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 6031=603

2: 6032=6031+1=6031⋅6031 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 282 mod 743

4: 6034=6032+2=6032⋅6032 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 23 mod 743

8: 6038=6034+4=6034⋅6034 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 743

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 353163 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:

163 = 128+32+2+1

1: 3531=353

2: 3532=3531+1=3531⋅3531 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 350 mod 907

4: 3534=3532+2=3532⋅3532 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 55 mod 907

8: 3538=3534+4=3534⋅3534 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 304 mod 907

16: 35316=3538+8=3538⋅3538 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 809 mod 907

32: 35332=35316+16=35316⋅35316 ≡ 809⋅809=654481 ≡ 534 mod 907

64: 35364=35332+32=35332⋅35332 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 358 mod 907

128: 353128=35364+64=35364⋅35364 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 277 mod 907

353163

= 353128+32+2+1

= 353128⋅35332⋅3532⋅3531

277 ⋅ 534 ⋅ 350 ⋅ 353 mod 907
147918 ⋅ 350 ⋅ 353 mod 907 ≡ 77 ⋅ 350 ⋅ 353 mod 907
26950 ⋅ 353 mod 907 ≡ 647 ⋅ 353 mod 907
228391 mod 907 ≡ 734 mod 907

Es gilt also: 353163 ≡ 734 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 38

=>53 = 1⋅38 + 15
=>38 = 2⋅15 + 8
=>15 = 1⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,38)=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= 15-1⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8)
= -1⋅15 +2⋅ 8 (=1)
8= 38-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +2⋅(38 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅38 -4⋅ 15)
= 2⋅38 -5⋅ 15 (=1)
15= 53-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅38 -5⋅(53 -1⋅ 38)
= 2⋅38 -5⋅53 +5⋅ 38)
= -5⋅53 +7⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(53,38)=1 = -5⋅53 +7⋅38

oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅53 = +7⋅38

Es gilt also: 7⋅38 = 5⋅53 +1

Somit 7⋅38 = 1 mod 53

7 ist also das Inverse von 38 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.