Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (360 - 18007) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(360 - 18007) mod 9 ≡ (360 mod 9 - 18007 mod 9) mod 9.

360 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 360 = 360+0 = 9 ⋅ 40 +0.

18007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18007 = 18000+7 = 9 ⋅ 2000 +7.

Somit gilt:

(360 - 18007) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 33) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 33) mod 11 ≡ (95 mod 11 ⋅ 33 mod 11) mod 11.

95 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 88 + 7 = 8 ⋅ 11 + 7 ist.

33 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 3 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 33) mod 11 ≡ (7 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 8048 mod 821.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 804 -> x
2. mod(x²,821) -> 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: 8041=804

2: 8042=8041+1=8041⋅8041 ≡ 804⋅804=646416 ≡ 289 mod 821

4: 8044=8042+2=8042⋅8042 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 600 mod 821

8: 8048=8044+4=8044⋅8044 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 402 mod 821

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 310187 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:

187 = 128+32+16+8+2+1

1: 3101=310

2: 3102=3101+1=3101⋅3101 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 236 mod 521

4: 3104=3102+2=3102⋅3102 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 470 mod 521

8: 3108=3104+4=3104⋅3104 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 517 mod 521

16: 31016=3108+8=3108⋅3108 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 16 mod 521

32: 31032=31016+16=31016⋅31016 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 521

64: 31064=31032+32=31032⋅31032 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 411 mod 521

128: 310128=31064+64=31064⋅31064 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 117 mod 521

310187

= 310128+32+16+8+2+1

= 310128⋅31032⋅31016⋅3108⋅3102⋅3101

≡ 117 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 29952 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 255 ⋅ 16 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 4080 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 433 ⋅ 517 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 223861 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521 ≡ 352 ⋅ 236 ⋅ 310 mod 521
≡ 83072 ⋅ 310 mod 521 ≡ 233 ⋅ 310 mod 521
≡ 72230 mod 521 ≡ 332 mod 521

Es gilt also: 310187 ≡ 332 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 71.

Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 71

=>83 = 1⋅71 + 12
=>71 = 5⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,71)=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= 12-1⋅11
11= 71-5⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(71 -5⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅71 +5⋅ 12)
= -1⋅71 +6⋅ 12 (=1)
12= 83-1⋅71 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅71 +6⋅(83 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +6⋅83 -6⋅ 71)
= 6⋅83 -7⋅ 71 (=1)

Es gilt also: ggt(83,71)=1 = 6⋅83 -7⋅71

oder wenn man 6⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -6⋅83 = -7⋅71

-7⋅71 = -6⋅83 + 1 |+83⋅71

-7⋅71 + 83⋅71 = -6⋅83 + 83⋅71 + 1

(-7 + 83) ⋅ 71 = (-6 + 71) ⋅ 83 + 1

76⋅71 = 65⋅83 + 1

Es gilt also: 76⋅71 = 65⋅83 +1

Somit 76⋅71 = 1 mod 83

76 ist also das Inverse von 71 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.