Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16002 - 245) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16002 - 245) mod 8 ≡ (16002 mod 8 - 245 mod 8) mod 8.

16002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16002 = 16000+2 = 8 ⋅ 2000 +2.

245 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 245 = 240+5 = 8 ⋅ 30 +5.

Somit gilt:

(16002 - 245) mod 8 ≡ (2 - 5) mod 8 ≡ -3 mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 57) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(99 ⋅ 57) mod 11 ≡ (99 mod 11 ⋅ 57 mod 11) mod 11.

99 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 9 ⋅ 11 + 0 ist.

57 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 5 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(99 ⋅ 57) mod 11 ≡ (0 ⋅ 2) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7832 mod 211.

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. 78 -> x
2. mod(x²,211) -> 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: 781=78

2: 782=781+1=781⋅781 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 176 mod 211

4: 784=782+2=782⋅782 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 170 mod 211

8: 788=784+4=784⋅784 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 204 mod 211

16: 7816=788+8=788⋅788 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 49 mod 211

32: 7832=7816+16=7816⋅7816 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 80 mod 211

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 560123 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:

123 = 64+32+16+8+2+1

1: 5601=560

2: 5602=5601+1=5601⋅5601 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 253 mod 701

4: 5604=5602+2=5602⋅5602 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 218 mod 701

8: 5608=5604+4=5604⋅5604 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 557 mod 701

16: 56016=5608+8=5608⋅5608 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 407 mod 701

32: 56032=56016+16=56016⋅56016 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 213 mod 701

64: 56064=56032+32=56032⋅56032 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 505 mod 701

560123

= 56064+32+16+8+2+1

= 56064⋅56032⋅56016⋅5608⋅5602⋅5601

505 ⋅ 213 ⋅ 407 ⋅ 557 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701
107565 ⋅ 407 ⋅ 557 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701 ≡ 312 ⋅ 407 ⋅ 557 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701
126984 ⋅ 557 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701 ≡ 103 ⋅ 557 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701
57371 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701 ≡ 590 ⋅ 253 ⋅ 560 mod 701
149270 ⋅ 560 mod 701 ≡ 658 ⋅ 560 mod 701
368480 mod 701 ≡ 455 mod 701

Es gilt also: 560123 ≡ 455 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 41

=>79 = 1⋅41 + 38
=>41 = 1⋅38 + 3
=>38 = 12⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,41)=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= 38-12⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(38 -12⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅38 +12⋅ 3)
= -1⋅38 +13⋅ 3 (=1)
3= 41-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅38 +13⋅(41 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +13⋅41 -13⋅ 38)
= 13⋅41 -14⋅ 38 (=1)
38= 79-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅41 -14⋅(79 -1⋅ 41)
= 13⋅41 -14⋅79 +14⋅ 41)
= -14⋅79 +27⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(79,41)=1 = -14⋅79 +27⋅41

oder wenn man -14⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅79 = +27⋅41

Es gilt also: 27⋅41 = 14⋅79 +1

Somit 27⋅41 = 1 mod 79

27 ist also das Inverse von 41 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.