Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15001 - 12001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15001 - 12001) mod 3 ≡ (15001 mod 3 - 12001 mod 3) mod 3.

15001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001 = 15000+1 = 3 ⋅ 5000 +1.

12001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12001 = 12000+1 = 3 ⋅ 4000 +1.

Somit gilt:

(15001 - 12001) mod 3 ≡ (1 - 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 34) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 34) mod 4 ≡ (67 mod 4 ⋅ 34 mod 4) mod 4.

67 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 64 + 3 = 16 ⋅ 4 + 3 ist.

34 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 32 + 2 = 8 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 34) mod 4 ≡ (3 ⋅ 2) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 16364 mod 307.

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. 163 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1631=163

2: 1632=1631+1=1631⋅1631 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 167 mod 307

4: 1634=1632+2=1632⋅1632 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 259 mod 307

8: 1638=1634+4=1634⋅1634 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 155 mod 307

16: 16316=1638+8=1638⋅1638 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 79 mod 307

32: 16332=16316+16=16316⋅16316 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 101 mod 307

64: 16364=16332+32=16332⋅16332 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 70 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 558235 mod 811.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 5581=558

2: 5582=5581+1=5581⋅5581 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 751 mod 811

4: 5584=5582+2=5582⋅5582 ≡ 751⋅751=564001 ≡ 356 mod 811

8: 5588=5584+4=5584⋅5584 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 220 mod 811

16: 55816=5588+8=5588⋅5588 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 551 mod 811

32: 55832=55816+16=55816⋅55816 ≡ 551⋅551=303601 ≡ 287 mod 811

64: 55864=55832+32=55832⋅55832 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 458 mod 811

128: 558128=55864+64=55864⋅55864 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 526 mod 811

558235

= 558128+64+32+8+2+1

= 558128⋅55864⋅55832⋅5588⋅5582⋅5581

526 ⋅ 458 ⋅ 287 ⋅ 220 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811
240908 ⋅ 287 ⋅ 220 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811 ≡ 41 ⋅ 287 ⋅ 220 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811
11767 ⋅ 220 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811 ≡ 413 ⋅ 220 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811
90860 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811 ≡ 28 ⋅ 751 ⋅ 558 mod 811
21028 ⋅ 558 mod 811 ≡ 753 ⋅ 558 mod 811
420174 mod 811 ≡ 76 mod 811

Es gilt also: 558235 ≡ 76 mod 811

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 73.

Also bestimme x, so dass 73 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 73

=>83 = 1⋅73 + 10
=>73 = 7⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,73)=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= 10-3⋅3
3= 73-7⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(73 -7⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅73 +21⋅ 10)
= -3⋅73 +22⋅ 10 (=1)
10= 83-1⋅73 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅73 +22⋅(83 -1⋅ 73)
= -3⋅73 +22⋅83 -22⋅ 73)
= 22⋅83 -25⋅ 73 (=1)

Es gilt also: ggt(83,73)=1 = 22⋅83 -25⋅73

oder wenn man 22⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -22⋅83 = -25⋅73

-25⋅73 = -22⋅83 + 1 |+83⋅73

-25⋅73 + 83⋅73 = -22⋅83 + 83⋅73 + 1

(-25 + 83) ⋅ 73 = (-22 + 73) ⋅ 83 + 1

58⋅73 = 51⋅83 + 1

Es gilt also: 58⋅73 = 51⋅83 +1

Somit 58⋅73 = 1 mod 83

58 ist also das Inverse von 73 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.