Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (33 - 9002) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(33 - 9002) mod 3 ≡ (33 mod 3 - 9002 mod 3) mod 3.

33 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30+3 = 3 ⋅ 10 +3.

9002 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9002 = 9000+2 = 3 ⋅ 3000 +2.

Somit gilt:

(33 - 9002) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 22) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 ⋅ 22) mod 5 ≡ (79 mod 5 ⋅ 22 mod 5) mod 5.

79 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 75 + 4 = 15 ⋅ 5 + 4 ist.

22 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 4 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(79 ⋅ 22) mod 5 ≡ (4 ⋅ 2) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 13764 mod 421.

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. 137 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 1371=137

2: 1372=1371+1=1371⋅1371 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 245 mod 421

4: 1374=1372+2=1372⋅1372 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 243 mod 421

8: 1378=1374+4=1374⋅1374 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 109 mod 421

16: 13716=1378+8=1378⋅1378 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 93 mod 421

32: 13732=13716+16=13716⋅13716 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 229 mod 421

64: 13764=13732+32=13732⋅13732 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 237 mod 421

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 259246 mod 853.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 246 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 246 an und zerlegen 246 in eine Summer von 2er-Potenzen:

246 = 128+64+32+16+4+2

1: 2591=259

2: 2592=2591+1=2591⋅2591 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 547 mod 853

4: 2594=2592+2=2592⋅2592 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 659 mod 853

8: 2598=2594+4=2594⋅2594 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 104 mod 853

16: 25916=2598+8=2598⋅2598 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 580 mod 853

32: 25932=25916+16=25916⋅25916 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 318 mod 853

64: 25964=25932+32=25932⋅25932 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 470 mod 853

128: 259128=25964+64=25964⋅25964 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 826 mod 853

259246

= 259128+64+32+16+4+2

= 259128⋅25964⋅25932⋅25916⋅2594⋅2592

826 ⋅ 470 ⋅ 318 ⋅ 580 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853
388220 ⋅ 318 ⋅ 580 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853 ≡ 105 ⋅ 318 ⋅ 580 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853
33390 ⋅ 580 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853 ≡ 123 ⋅ 580 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853
71340 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853 ≡ 541 ⋅ 659 ⋅ 547 mod 853
356519 ⋅ 547 mod 853 ≡ 818 ⋅ 547 mod 853
447446 mod 853 ≡ 474 mod 853

Es gilt also: 259246 ≡ 474 mod 853

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 83.

Also bestimme x, so dass 83 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 83

=>89 = 1⋅83 + 6
=>83 = 13⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,83)=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= 6-1⋅5
5= 83-13⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(83 -13⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅83 +13⋅ 6)
= -1⋅83 +14⋅ 6 (=1)
6= 89-1⋅83 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅83 +14⋅(89 -1⋅ 83)
= -1⋅83 +14⋅89 -14⋅ 83)
= 14⋅89 -15⋅ 83 (=1)

Es gilt also: ggt(89,83)=1 = 14⋅89 -15⋅83

oder wenn man 14⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅89 = -15⋅83

-15⋅83 = -14⋅89 + 1 |+89⋅83

-15⋅83 + 89⋅83 = -14⋅89 + 89⋅83 + 1

(-15 + 89) ⋅ 83 = (-14 + 83) ⋅ 89 + 1

74⋅83 = 69⋅89 + 1

Es gilt also: 74⋅83 = 69⋅89 +1

Somit 74⋅83 = 1 mod 89

74 ist also das Inverse von 83 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.