Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5997 + 6003) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5997 + 6003) mod 6 ≡ (5997 mod 6 + 6003 mod 6) mod 6.

5997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997 = 6000-3 = 6 ⋅ 1000 -3 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 3.

6003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003 = 6000+3 = 6 ⋅ 1000 +3.

Somit gilt:

(5997 + 6003) mod 6 ≡ (3 + 3) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 99) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 99) mod 7 ≡ (35 mod 7 ⋅ 99 mod 7) mod 7.

35 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 35 + 0 = 5 ⋅ 7 + 0 ist.

99 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 98 + 1 = 14 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 99) mod 7 ≡ (0 ⋅ 1) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48116 mod 829.

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. 481 -> x
2. mod(x²,829) -> 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: 4811=481

2: 4812=4811+1=4811⋅4811 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 70 mod 829

4: 4814=4812+2=4812⋅4812 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 755 mod 829

8: 4818=4814+4=4814⋅4814 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 502 mod 829

16: 48116=4818+8=4818⋅4818 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 817 mod 829

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 414213 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:

213 = 128+64+16+4+1

1: 4141=414

2: 4142=4141+1=4141⋅4141 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 239 mod 499

4: 4144=4142+2=4142⋅4142 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 235 mod 499

8: 4148=4144+4=4144⋅4144 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 335 mod 499

16: 41416=4148+8=4148⋅4148 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 449 mod 499

32: 41432=41416+16=41416⋅41416 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 5 mod 499

64: 41464=41432+32=41432⋅41432 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 499

128: 414128=41464+64=41464⋅41464 ≡ 25⋅25=625 ≡ 126 mod 499

414213

= 414128+64+16+4+1

= 414128⋅41464⋅41416⋅4144⋅4141

≡ 126 ⋅ 25 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 3150 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499 ≡ 156 ⋅ 449 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 70044 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499 ≡ 184 ⋅ 235 ⋅ 414 mod 499
≡ 43240 ⋅ 414 mod 499 ≡ 326 ⋅ 414 mod 499
≡ 134964 mod 499 ≡ 234 mod 499

Es gilt also: 414213 ≡ 234 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 65.

Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 65

=>71 = 1⋅65 + 6
=>65 = 10⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,65)=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= 6-1⋅5
5= 65-10⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(65 -10⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅65 +10⋅ 6)
= -1⋅65 +11⋅ 6 (=1)
6= 71-1⋅65 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅65 +11⋅(71 -1⋅ 65)
= -1⋅65 +11⋅71 -11⋅ 65)
= 11⋅71 -12⋅ 65 (=1)

Es gilt also: ggt(71,65)=1 = 11⋅71 -12⋅65

oder wenn man 11⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅71 = -12⋅65

-12⋅65 = -11⋅71 + 1 |+71⋅65

-12⋅65 + 71⋅65 = -11⋅71 + 71⋅65 + 1

(-12 + 71) ⋅ 65 = (-11 + 65) ⋅ 71 + 1

59⋅65 = 54⋅71 + 1

Es gilt also: 59⋅65 = 54⋅71 +1

Somit 59⋅65 = 1 mod 71

59 ist also das Inverse von 65 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.