Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7999 - 1200) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7999 - 1200) mod 4 ≡ (7999 mod 4 - 1200 mod 4) mod 4.

7999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7999 = 7000+999 = 4 ⋅ 1750 +999.

1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 4 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(7999 - 1200) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 16) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 16) mod 7 ≡ (36 mod 7 ⋅ 16 mod 7) mod 7.

36 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 5 ⋅ 7 + 1 ist.

16 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 14 + 2 = 2 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 16) mod 7 ≡ (1 ⋅ 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 206128 mod 307.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 206 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 70 mod 307

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 295 mod 307

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 144 mod 307

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 167 mod 307

32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 259 mod 307

64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 155 mod 307

128: 206128=20664+64=20664⋅20664 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 79 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 274114 mod 349.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 114 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 114 an und zerlegen 114 in eine Summer von 2er-Potenzen:

114 = 64+32+16+2

1: 2741=274

2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 41 mod 349

4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 285 mod 349

8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 257 mod 349

16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 88 mod 349

32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 66 mod 349

64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 168 mod 349

274114

= 27464+32+16+2

= 27464⋅27432⋅27416⋅2742

≡ 168 ⋅ 66 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349
≡ 11088 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349 ≡ 269 ⋅ 88 ⋅ 41 mod 349
≡ 23672 ⋅ 41 mod 349 ≡ 289 ⋅ 41 mod 349
≡ 11849 mod 349 ≡ 332 mod 349

Es gilt also: 274114 ≡ 332 mod 349

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 89.

Also bestimme x, so dass 89 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 89

=>101 = 1⋅89 + 12
=>89 = 7⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,89)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 89-7⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(89 -7⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅89 -35⋅ 12)
= 5⋅89 -37⋅ 12 (=1)
12= 101-1⋅89 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅89 -37⋅(101 -1⋅ 89)
= 5⋅89 -37⋅101 +37⋅ 89)
= -37⋅101 +42⋅ 89 (=1)

Es gilt also: ggt(101,89)=1 = -37⋅101 +42⋅89

oder wenn man -37⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +37⋅101 = +42⋅89

Es gilt also: 42⋅89 = 37⋅101 +1

Somit 42⋅89 = 1 mod 101

42 ist also das Inverse von 89 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.