Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27008 + 2694) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27008 + 2694) mod 9 ≡ (27008 mod 9 + 2694 mod 9) mod 9.

27008 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27008 = 27000+8 = 9 ⋅ 3000 +8.

2694 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2694 = 2700-6 = 9 ⋅ 300 -6 = 9 ⋅ 300 - 9 + 3.

Somit gilt:

(27008 + 2694) mod 9 ≡ (8 + 3) mod 9 ≡ 11 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 47) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 47) mod 10 ≡ (45 mod 10 ⋅ 47 mod 10) mod 10.

45 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 40 + 5 = 4 ⋅ 10 + 5 ist.

47 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 40 + 7 = 4 ⋅ 10 + 7 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 47) mod 10 ≡ (5 ⋅ 7) mod 10 ≡ 35 mod 10 ≡ 5 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40064 mod 401.

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. 400 -> x
2. mod(x²,401) -> 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 ≡ 1 mod 401

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 401

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 442210 mod 727.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 210 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 210 an und zerlegen 210 in eine Summer von 2er-Potenzen:

210 = 128+64+16+2

1: 4421=442

2: 4422=4421+1=4421⋅4421 ≡ 442⋅442=195364 ≡ 528 mod 727

4: 4424=4422+2=4422⋅4422 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 343 mod 727

8: 4428=4424+4=4424⋅4424 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 602 mod 727

16: 44216=4428+8=4428⋅4428 ≡ 602⋅602=362404 ≡ 358 mod 727

32: 44232=44216+16=44216⋅44216 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 212 mod 727

64: 44264=44232+32=44232⋅44232 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 597 mod 727

128: 442128=44264+64=44264⋅44264 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 179 mod 727

442210

= 442128+64+16+2

= 442128⋅44264⋅44216⋅4422

179 ⋅ 597 ⋅ 358 ⋅ 528 mod 727
106863 ⋅ 358 ⋅ 528 mod 727 ≡ 721 ⋅ 358 ⋅ 528 mod 727
258118 ⋅ 528 mod 727 ≡ 33 ⋅ 528 mod 727
17424 mod 727 ≡ 703 mod 727

Es gilt also: 442210 ≡ 703 mod 727

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 43

=>59 = 1⋅43 + 16
=>43 = 2⋅16 + 11
=>16 = 1⋅11 + 5
=>11 = 2⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,43)=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= 11-2⋅5
5= 16-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -2⋅(16 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -2⋅16 +2⋅ 11)
= -2⋅16 +3⋅ 11 (=1)
11= 43-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅16 +3⋅(43 -2⋅ 16)
= -2⋅16 +3⋅43 -6⋅ 16)
= 3⋅43 -8⋅ 16 (=1)
16= 59-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅43 -8⋅(59 -1⋅ 43)
= 3⋅43 -8⋅59 +8⋅ 43)
= -8⋅59 +11⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(59,43)=1 = -8⋅59 +11⋅43

oder wenn man -8⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +8⋅59 = +11⋅43

Es gilt also: 11⋅43 = 8⋅59 +1

Somit 11⋅43 = 1 mod 59

11 ist also das Inverse von 43 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.