Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26995 - 897) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26995 - 897) mod 9 ≡ (26995 mod 9 - 897 mod 9) mod 9.

26995 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26995 = 27000-5 = 9 ⋅ 3000 -5 = 9 ⋅ 3000 - 9 + 4.

897 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 897 = 900-3 = 9 ⋅ 100 -3 = 9 ⋅ 100 - 9 + 6.

Somit gilt:

(26995 - 897) mod 9 ≡ (4 - 6) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 27) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 27) mod 6 ≡ (98 mod 6 ⋅ 27 mod 6) mod 6.

98 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 16 ⋅ 6 + 2 ist.

27 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 4 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 27) mod 6 ≡ (2 ⋅ 3) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3138 mod 929.

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. 313 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 3131=313

2: 3132=3131+1=3131⋅3131 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 424 mod 929

4: 3134=3132+2=3132⋅3132 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 479 mod 929

8: 3138=3134+4=3134⋅3134 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 907 mod 929

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 507127 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 5071=507

2: 5072=5071+1=5071⋅5071 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 706 mod 887

4: 5074=5072+2=5072⋅5072 ≡ 706⋅706=498436 ≡ 829 mod 887

8: 5078=5074+4=5074⋅5074 ≡ 829⋅829=687241 ≡ 703 mod 887

16: 50716=5078+8=5078⋅5078 ≡ 703⋅703=494209 ≡ 150 mod 887

32: 50732=50716+16=50716⋅50716 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 325 mod 887

64: 50764=50732+32=50732⋅50732 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 72 mod 887

507127

= 50764+32+16+8+4+2+1

= 50764⋅50732⋅50716⋅5078⋅5074⋅5072⋅5071

72 ⋅ 325 ⋅ 150 ⋅ 703 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887
23400 ⋅ 150 ⋅ 703 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887 ≡ 338 ⋅ 150 ⋅ 703 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887
50700 ⋅ 703 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887 ≡ 141 ⋅ 703 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887
99123 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887 ≡ 666 ⋅ 829 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887
552114 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887 ≡ 400 ⋅ 706 ⋅ 507 mod 887
282400 ⋅ 507 mod 887 ≡ 334 ⋅ 507 mod 887
169338 mod 887 ≡ 808 mod 887

Es gilt also: 507127 ≡ 808 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 39.

Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 39

=>59 = 1⋅39 + 20
=>39 = 1⋅20 + 19
=>20 = 1⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,39)=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= 20-1⋅19
19= 39-1⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅20 -1⋅(39 -1⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅39 +1⋅ 20)
= -1⋅39 +2⋅ 20 (=1)
20= 59-1⋅39 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅39 +2⋅(59 -1⋅ 39)
= -1⋅39 +2⋅59 -2⋅ 39)
= 2⋅59 -3⋅ 39 (=1)

Es gilt also: ggt(59,39)=1 = 2⋅59 -3⋅39

oder wenn man 2⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅59 = -3⋅39

-3⋅39 = -2⋅59 + 1 |+59⋅39

-3⋅39 + 59⋅39 = -2⋅59 + 59⋅39 + 1

(-3 + 59) ⋅ 39 = (-2 + 39) ⋅ 59 + 1

56⋅39 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 56⋅39 = 37⋅59 +1

Somit 56⋅39 = 1 mod 59

56 ist also das Inverse von 39 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.