Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (134 - 2095) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(134 - 2095) mod 7 ≡ (134 mod 7 - 2095 mod 7) mod 7.

134 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 134 = 140-6 = 7 ⋅ 20 -6 = 7 ⋅ 20 - 7 + 1.

2095 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2095 = 2100-5 = 7 ⋅ 300 -5 = 7 ⋅ 300 - 7 + 2.

Somit gilt:

(134 - 2095) mod 7 ≡ (1 - 2) mod 7 ≡ -1 mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 83) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 83) mod 3 ≡ (39 mod 3 ⋅ 83 mod 3) mod 3.

39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.

83 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 27 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 83) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26664 mod 743.

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. 266 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 2661=266

2: 2662=2661+1=2661⋅2661 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 171 mod 743

4: 2664=2662+2=2662⋅2662 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 264 mod 743

8: 2668=2664+4=2664⋅2664 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 597 mod 743

16: 26616=2668+8=2668⋅2668 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 512 mod 743

32: 26632=26616+16=26616⋅26616 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 608 mod 743

64: 26664=26632+32=26632⋅26632 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 393 mod 743

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 306166 mod 677.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:

166 = 128+32+4+2

1: 3061=306

2: 3062=3061+1=3061⋅3061 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 210 mod 677

4: 3064=3062+2=3062⋅3062 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 95 mod 677

8: 3068=3064+4=3064⋅3064 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 224 mod 677

16: 30616=3068+8=3068⋅3068 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 78 mod 677

32: 30632=30616+16=30616⋅30616 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 668 mod 677

64: 30664=30632+32=30632⋅30632 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 81 mod 677

128: 306128=30664+64=30664⋅30664 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 468 mod 677

306166

= 306128+32+4+2

= 306128⋅30632⋅3064⋅3062

468 ⋅ 668 ⋅ 95 ⋅ 210 mod 677
312624 ⋅ 95 ⋅ 210 mod 677 ≡ 527 ⋅ 95 ⋅ 210 mod 677
50065 ⋅ 210 mod 677 ≡ 644 ⋅ 210 mod 677
135240 mod 677 ≡ 517 mod 677

Es gilt also: 306166 ≡ 517 mod 677

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 = 53 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.