Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (213 - 210) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(213 - 210) mod 7 ≡ (213 mod 7 - 210 mod 7) mod 7.

213 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 213 = 210+3 = 7 ⋅ 30 +3.

210 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 210 = 210+0 = 7 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(213 - 210) mod 7 ≡ (3 - 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 48) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 48) mod 10 ≡ (38 mod 10 ⋅ 48 mod 10) mod 10.

38 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 30 + 8 = 3 ⋅ 10 + 8 ist.

48 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 40 + 8 = 4 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 48) mod 10 ≡ (8 ⋅ 8) mod 10 ≡ 64 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 83116 mod 853.

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. 831 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 8311=831

2: 8312=8311+1=8311⋅8311 ≡ 831⋅831=690561 ≡ 484 mod 853

4: 8314=8312+2=8312⋅8312 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 534 mod 853

8: 8318=8314+4=8314⋅8314 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 254 mod 853

16: 83116=8318+8=8318⋅8318 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 541 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 371119 mod 457.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 3711=371

2: 3712=3711+1=3711⋅3711 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 84 mod 457

4: 3714=3712+2=3712⋅3712 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 201 mod 457

8: 3718=3714+4=3714⋅3714 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 185 mod 457

16: 37116=3718+8=3718⋅3718 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 407 mod 457

32: 37132=37116+16=37116⋅37116 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 215 mod 457

64: 37164=37132+32=37132⋅37132 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 68 mod 457

371119

= 37164+32+16+4+2+1

= 37164⋅37132⋅37116⋅3714⋅3712⋅3711

68 ⋅ 215 ⋅ 407 ⋅ 201 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457
14620 ⋅ 407 ⋅ 201 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457 ≡ 453 ⋅ 407 ⋅ 201 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457
184371 ⋅ 201 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457 ≡ 200 ⋅ 201 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457
40200 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457 ≡ 441 ⋅ 84 ⋅ 371 mod 457
37044 ⋅ 371 mod 457 ≡ 27 ⋅ 371 mod 457
10017 mod 457 ≡ 420 mod 457

Es gilt also: 371119 ≡ 420 mod 457

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52

=>97 = 1⋅52 + 45
=>52 = 1⋅45 + 7
=>45 = 6⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3
3= 45-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7)
= -2⋅45 +13⋅ 7 (=1)
7= 52-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45)
= 13⋅52 -15⋅ 45 (=1)
45= 97-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52)
= -15⋅97 +28⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52

oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +15⋅97 = +28⋅52

Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1

Somit 28⋅52 = 1 mod 97

28 ist also das Inverse von 52 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.