Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12002 - 24003) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12002 - 24003) mod 6 ≡ (12002 mod 6 - 24003 mod 6) mod 6.

12002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12002 = 12000+2 = 6 ⋅ 2000 +2.

24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003 = 24000+3 = 6 ⋅ 4000 +3.

Somit gilt:

(12002 - 24003) mod 6 ≡ (2 - 3) mod 6 ≡ -1 mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 19) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 19) mod 10 ≡ (31 mod 10 ⋅ 19 mod 10) mod 10.

31 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 3 ⋅ 10 + 1 ist.

19 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 10 + 9 = 1 ⋅ 10 + 9 ist.

Somit gilt:

(31 ⋅ 19) mod 10 ≡ (1 ⋅ 9) mod 10 ≡ 9 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28664 mod 691.

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. 286 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 2861=286

2: 2862=2861+1=2861⋅2861 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 258 mod 691

4: 2864=2862+2=2862⋅2862 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 228 mod 691

8: 2868=2864+4=2864⋅2864 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 159 mod 691

16: 28616=2868+8=2868⋅2868 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 405 mod 691

32: 28632=28616+16=28616⋅28616 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 258 mod 691

64: 28664=28632+32=28632⋅28632 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 228 mod 691

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 284211 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 211 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 211 an und zerlegen 211 in eine Summer von 2er-Potenzen:

211 = 128+64+16+2+1

1: 2841=284

2: 2842=2841+1=2841⋅2841 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 422 mod 521

4: 2844=2842+2=2842⋅2842 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 423 mod 521

8: 2848=2844+4=2844⋅2844 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 226 mod 521

16: 28416=2848+8=2848⋅2848 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 18 mod 521

32: 28432=28416+16=28416⋅28416 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 521

64: 28464=28432+32=28432⋅28432 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 255 mod 521

128: 284128=28464+64=28464⋅28464 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 421 mod 521

284211

= 284128+64+16+2+1

= 284128⋅28464⋅28416⋅2842⋅2841

421 ⋅ 255 ⋅ 18 ⋅ 422 ⋅ 284 mod 521
107355 ⋅ 18 ⋅ 422 ⋅ 284 mod 521 ≡ 29 ⋅ 18 ⋅ 422 ⋅ 284 mod 521
522 ⋅ 422 ⋅ 284 mod 521 ≡ 1 ⋅ 422 ⋅ 284 mod 521
422 ⋅ 284 mod 521
119848 mod 521 ≡ 18 mod 521

Es gilt also: 284211 ≡ 18 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 48

=>101 = 2⋅48 + 5
=>48 = 9⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,48)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 48-9⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(48 -9⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅48 -18⋅ 5)
= 2⋅48 -19⋅ 5 (=1)
5= 101-2⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅48 -19⋅(101 -2⋅ 48)
= 2⋅48 -19⋅101 +38⋅ 48)
= -19⋅101 +40⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(101,48)=1 = -19⋅101 +40⋅48

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +40⋅48

Es gilt also: 40⋅48 = 19⋅101 +1

Somit 40⋅48 = 1 mod 101

40 ist also das Inverse von 48 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.