Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (601 - 11997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(601 - 11997) mod 3 ≡ (601 mod 3 - 11997 mod 3) mod 3.

601 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601 = 600+1 = 3 ⋅ 200 +1.

11997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 12000-3 = 3 ⋅ 4000 -3 = 3 ⋅ 4000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(601 - 11997) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 94) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 94) mod 7 ≡ (67 mod 7 ⋅ 94 mod 7) mod 7.

67 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 63 + 4 = 9 ⋅ 7 + 4 ist.

94 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 91 + 3 = 13 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 94) mod 7 ≡ (4 ⋅ 3) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36964 mod 499.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 369 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3691=369

2: 3692=3691+1=3691⋅3691 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 433 mod 499

4: 3694=3692+2=3692⋅3692 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 364 mod 499

8: 3698=3694+4=3694⋅3694 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 261 mod 499

16: 36916=3698+8=3698⋅3698 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 257 mod 499

32: 36932=36916+16=36916⋅36916 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 181 mod 499

64: 36964=36932+32=36932⋅36932 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 326 mod 499

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 763239 mod 863.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:

239 = 128+64+32+8+4+2+1

1: 7631=763

2: 7632=7631+1=7631⋅7631 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 507 mod 863

4: 7634=7632+2=7632⋅7632 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 738 mod 863

8: 7638=7634+4=7634⋅7634 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 91 mod 863

16: 76316=7638+8=7638⋅7638 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 514 mod 863

32: 76332=76316+16=76316⋅76316 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863

64: 76364=76332+32=76332⋅76332 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 116 mod 863

128: 763128=76364+64=76364⋅76364 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 511 mod 863

763239

= 763128+64+32+8+4+2+1

= 763128⋅76364⋅76332⋅7638⋅7634⋅7632⋅7631

511 ⋅ 116 ⋅ 118 ⋅ 91 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863
59276 ⋅ 118 ⋅ 91 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863 ≡ 592 ⋅ 118 ⋅ 91 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863
69856 ⋅ 91 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863 ≡ 816 ⋅ 91 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863
74256 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863 ≡ 38 ⋅ 738 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863
28044 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863 ≡ 428 ⋅ 507 ⋅ 763 mod 863
216996 ⋅ 763 mod 863 ≡ 383 ⋅ 763 mod 863
292229 mod 863 ≡ 535 mod 863

Es gilt also: 763239 ≡ 535 mod 863

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 41

=>101 = 2⋅41 + 19
=>41 = 2⋅19 + 3
=>19 = 6⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,41)=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= 19-6⋅3
3= 41-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19)
= -6⋅41 +13⋅ 19 (=1)
19= 101-2⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅41 +13⋅(101 -2⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅101 -26⋅ 41)
= 13⋅101 -32⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(101,41)=1 = 13⋅101 -32⋅41

oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅101 = -32⋅41

-32⋅41 = -13⋅101 + 1 |+101⋅41

-32⋅41 + 101⋅41 = -13⋅101 + 101⋅41 + 1

(-32 + 101) ⋅ 41 = (-13 + 41) ⋅ 101 + 1

69⋅41 = 28⋅101 + 1

Es gilt also: 69⋅41 = 28⋅101 +1

Somit 69⋅41 = 1 mod 101

69 ist also das Inverse von 41 mod 101

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.