Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7998 - 32006) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7998 - 32006) mod 8 ≡ (7998 mod 8 - 32006 mod 8) mod 8.

7998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998 = 7000+998 = 8 ⋅ 875 +998.

32006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32006 = 32000+6 = 8 ⋅ 4000 +6.

Somit gilt:

(7998 - 32006) mod 8 ≡ (6 - 6) mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 42) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 42) mod 11 ≡ (30 mod 11 ⋅ 42 mod 11) mod 11.

30 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 22 + 8 = 2 ⋅ 11 + 8 ist.

42 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 33 + 9 = 3 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 42) mod 11 ≡ (8 ⋅ 9) mod 11 ≡ 72 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 57932 mod 971.

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. 579 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 5791=579

2: 5792=5791+1=5791⋅5791 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 246 mod 971

4: 5794=5792+2=5792⋅5792 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 314 mod 971

8: 5798=5794+4=5794⋅5794 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 525 mod 971

16: 57916=5798+8=5798⋅5798 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 832 mod 971

32: 57932=57916+16=57916⋅57916 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 872 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 480241 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 241 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 241 an und zerlegen 241 in eine Summer von 2er-Potenzen:

241 = 128+64+32+16+1

1: 4801=480

2: 4802=4801+1=4801⋅4801 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 118 mod 521

4: 4804=4802+2=4802⋅4802 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 378 mod 521

8: 4808=4804+4=4804⋅4804 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 130 mod 521

16: 48016=4808+8=4808⋅4808 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 228 mod 521

32: 48032=48016+16=48016⋅48016 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 405 mod 521

64: 48064=48032+32=48032⋅48032 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 431 mod 521

128: 480128=48064+64=48064⋅48064 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 285 mod 521

480241

= 480128+64+32+16+1

= 480128⋅48064⋅48032⋅48016⋅4801

285 ⋅ 431 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 480 mod 521
122835 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 480 mod 521 ≡ 400 ⋅ 405 ⋅ 228 ⋅ 480 mod 521
162000 ⋅ 228 ⋅ 480 mod 521 ≡ 490 ⋅ 228 ⋅ 480 mod 521
111720 ⋅ 480 mod 521 ≡ 226 ⋅ 480 mod 521
108480 mod 521 ≡ 112 mod 521

Es gilt also: 480241 ≡ 112 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 82.

Also bestimme x, so dass 82 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 82

=>101 = 1⋅82 + 19
=>82 = 4⋅19 + 6
=>19 = 3⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,82)=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= 19-3⋅6
6= 82-4⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -3⋅(82 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -3⋅82 +12⋅ 19)
= -3⋅82 +13⋅ 19 (=1)
19= 101-1⋅82 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅82 +13⋅(101 -1⋅ 82)
= -3⋅82 +13⋅101 -13⋅ 82)
= 13⋅101 -16⋅ 82 (=1)

Es gilt also: ggt(101,82)=1 = 13⋅101 -16⋅82

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

1 -13⋅101 = -16⋅82

-16⋅82 = -13⋅101 + 1 |+101⋅82

-16⋅82 + 101⋅82 = -13⋅101 + 101⋅82 + 1

(-16 + 101) ⋅ 82 = (-13 + 82) ⋅ 101 + 1

85⋅82 = 69⋅101 + 1

Es gilt also: 85⋅82 = 69⋅101 +1

Somit 85⋅82 = 1 mod 101

85 ist also das Inverse von 82 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.