Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (251 - 2503) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(251 - 2503) mod 5 ≡ (251 mod 5 - 2503 mod 5) mod 5.

251 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 251 = 250+1 = 5 ⋅ 50 +1.

2503 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2503 = 2500+3 = 5 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(251 - 2503) mod 5 ≡ (1 - 3) mod 5 ≡ -2 mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 52) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 ⋅ 52) mod 10 ≡ (50 mod 10 ⋅ 52 mod 10) mod 10.

50 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 50 + 0 = 5 ⋅ 10 + 0 ist.

52 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 50 + 2 = 5 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(50 ⋅ 52) mod 10 ≡ (0 ⋅ 2) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26716 mod 317.

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. 267 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 2671=267

2: 2672=2671+1=2671⋅2671 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 281 mod 317

4: 2674=2672+2=2672⋅2672 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 28 mod 317

8: 2678=2674+4=2674⋅2674 ≡ 28⋅28=784 ≡ 150 mod 317

16: 26716=2678+8=2678⋅2678 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 310 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 271174 mod 853.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 2711=271

2: 2712=2711+1=2711⋅2711 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 83 mod 853

4: 2714=2712+2=2712⋅2712 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 65 mod 853

8: 2718=2714+4=2714⋅2714 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 813 mod 853

16: 27116=2718+8=2718⋅2718 ≡ 813⋅813=660969 ≡ 747 mod 853

32: 27132=27116+16=27116⋅27116 ≡ 747⋅747=558009 ≡ 147 mod 853

64: 27164=27132+32=27132⋅27132 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 284 mod 853

128: 271128=27164+64=27164⋅27164 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 474 mod 853

271174

= 271128+32+8+4+2

= 271128⋅27132⋅2718⋅2714⋅2712

474 ⋅ 147 ⋅ 813 ⋅ 65 ⋅ 83 mod 853
69678 ⋅ 813 ⋅ 65 ⋅ 83 mod 853 ≡ 585 ⋅ 813 ⋅ 65 ⋅ 83 mod 853
475605 ⋅ 65 ⋅ 83 mod 853 ≡ 484 ⋅ 65 ⋅ 83 mod 853
31460 ⋅ 83 mod 853 ≡ 752 ⋅ 83 mod 853
62416 mod 853 ≡ 147 mod 853

Es gilt also: 271174 ≡ 147 mod 853

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 22

=>59 = 2⋅22 + 15
=>22 = 1⋅15 + 7
=>15 = 2⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,22)=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= 15-2⋅7
7= 22-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -2⋅(22 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅22 +2⋅ 15)
= -2⋅22 +3⋅ 15 (=1)
15= 59-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +3⋅(59 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +3⋅59 -6⋅ 22)
= 3⋅59 -8⋅ 22 (=1)

Es gilt also: ggt(59,22)=1 = 3⋅59 -8⋅22

oder wenn man 3⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅59 = -8⋅22

-8⋅22 = -3⋅59 + 1 |+59⋅22

-8⋅22 + 59⋅22 = -3⋅59 + 59⋅22 + 1

(-8 + 59) ⋅ 22 = (-3 + 22) ⋅ 59 + 1

51⋅22 = 19⋅59 + 1

Es gilt also: 51⋅22 = 19⋅59 +1

Somit 51⋅22 = 1 mod 59

51 ist also das Inverse von 22 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.