Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 - 296) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 - 296) mod 6 ≡ (60 mod 6 - 296 mod 6) mod 6.

60 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60+0 = 6 ⋅ 10 +0.

296 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 296 = 300-4 = 6 ⋅ 50 -4 = 6 ⋅ 50 - 6 + 2.

Somit gilt:

(60 - 296) mod 6 ≡ (0 - 2) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 51) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 51) mod 4 ≡ (43 mod 4 ⋅ 51 mod 4) mod 4.

43 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 10 ⋅ 4 + 3 ist.

51 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 12 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 51) mod 4 ≡ (3 ⋅ 3) mod 4 ≡ 9 mod 4 ≡ 1 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40032 mod 941.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 400 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 30 mod 941

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 30⋅30=900 ≡ 900 mod 941

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 900⋅900=810000 ≡ 740 mod 941

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 740⋅740=547600 ≡ 879 mod 941

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 879⋅879=772641 ≡ 80 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 268174 mod 821.

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: 2681=268

2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 397 mod 821

4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 798 mod 821

8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 529 mod 821

16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 701 mod 821

32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 443 mod 821

64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 30 mod 821

128: 268128=26864+64=26864⋅26864 ≡ 30⋅30=900 ≡ 79 mod 821

268174

= 268128+32+8+4+2

= 268128⋅26832⋅2688⋅2684⋅2682

79 ⋅ 443 ⋅ 529 ⋅ 798 ⋅ 397 mod 821
34997 ⋅ 529 ⋅ 798 ⋅ 397 mod 821 ≡ 515 ⋅ 529 ⋅ 798 ⋅ 397 mod 821
272435 ⋅ 798 ⋅ 397 mod 821 ≡ 684 ⋅ 798 ⋅ 397 mod 821
545832 ⋅ 397 mod 821 ≡ 688 ⋅ 397 mod 821
273136 mod 821 ≡ 564 mod 821

Es gilt also: 268174 ≡ 564 mod 821

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 36

=>83 = 2⋅36 + 11
=>36 = 3⋅11 + 3
=>11 = 3⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,36)=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= 3-1⋅2
2= 11-3⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(11 -3⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅11 +3⋅ 3)
= -1⋅11 +4⋅ 3 (=1)
3= 36-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +4⋅(36 -3⋅ 11)
= -1⋅11 +4⋅36 -12⋅ 11)
= 4⋅36 -13⋅ 11 (=1)
11= 83-2⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅36 -13⋅(83 -2⋅ 36)
= 4⋅36 -13⋅83 +26⋅ 36)
= -13⋅83 +30⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(83,36)=1 = -13⋅83 +30⋅36

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +30⋅36

Es gilt also: 30⋅36 = 13⋅83 +1

Somit 30⋅36 = 1 mod 83

30 ist also das Inverse von 36 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.