Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1402 - 3499) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1402 - 3499) mod 7 ≡ (1402 mod 7 - 3499 mod 7) mod 7.

1402 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1402 = 1400+2 = 7 ⋅ 200 +2.

3499 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3499 = 3500-1 = 7 ⋅ 500 -1 = 7 ⋅ 500 - 7 + 6.

Somit gilt:

(1402 - 3499) mod 7 ≡ (2 - 6) mod 7 ≡ -4 mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 16) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 16) mod 9 ≡ (28 mod 9 ⋅ 16 mod 9) mod 9.

28 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 3 ⋅ 9 + 1 ist.

16 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 9 + 7 = 1 ⋅ 9 + 7 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 16) mod 9 ≡ (1 ⋅ 7) mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 81464 mod 941.

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. 814 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 8141=814

2: 8142=8141+1=8141⋅8141 ≡ 814⋅814=662596 ≡ 132 mod 941

4: 8144=8142+2=8142⋅8142 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 486 mod 941

8: 8148=8144+4=8144⋅8144 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 5 mod 941

16: 81416=8148+8=8148⋅8148 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 941

32: 81432=81416+16=81416⋅81416 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 941

64: 81464=81432+32=81432⋅81432 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 110 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 152171 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:

171 = 128+32+8+2+1

1: 1521=152

2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 188 mod 337

4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 296 mod 337

8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 333 mod 337

16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 16 mod 337

32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 337

64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 158 mod 337

128: 152128=15264+64=15264⋅15264 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 26 mod 337

152171

= 152128+32+8+2+1

= 152128⋅15232⋅1528⋅1522⋅1521

26 ⋅ 256 ⋅ 333 ⋅ 188 ⋅ 152 mod 337
6656 ⋅ 333 ⋅ 188 ⋅ 152 mod 337 ≡ 253 ⋅ 333 ⋅ 188 ⋅ 152 mod 337
84249 ⋅ 188 ⋅ 152 mod 337 ≡ 336 ⋅ 188 ⋅ 152 mod 337
63168 ⋅ 152 mod 337 ≡ 149 ⋅ 152 mod 337
22648 mod 337 ≡ 69 mod 337

Es gilt also: 152171 ≡ 69 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 31

=>89 = 2⋅31 + 27
=>31 = 1⋅27 + 4
=>27 = 6⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,31)=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= 4-1⋅3
3= 27-6⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(27 -6⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅27 +6⋅ 4)
= -1⋅27 +7⋅ 4 (=1)
4= 31-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅27 +7⋅(31 -1⋅ 27)
= -1⋅27 +7⋅31 -7⋅ 27)
= 7⋅31 -8⋅ 27 (=1)
27= 89-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅31 -8⋅(89 -2⋅ 31)
= 7⋅31 -8⋅89 +16⋅ 31)
= -8⋅89 +23⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(89,31)=1 = -8⋅89 +23⋅31

oder wenn man -8⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +8⋅89 = +23⋅31

Es gilt also: 23⋅31 = 8⋅89 +1

Somit 23⋅31 = 1 mod 89

23 ist also das Inverse von 31 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.