Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21006 + 14005) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21006 + 14005) mod 7 ≡ (21006 mod 7 + 14005 mod 7) mod 7.

21006 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21006 = 21000+6 = 7 ⋅ 3000 +6.

14005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14005 = 14000+5 = 7 ⋅ 2000 +5.

Somit gilt:

(21006 + 14005) mod 7 ≡ (6 + 5) mod 7 ≡ 11 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 49) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 49) mod 7 ≡ (56 mod 7 ⋅ 49 mod 7) mod 7.

56 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 56 + 0 = 8 ⋅ 7 + 0 ist.

49 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 49 + 0 = 7 ⋅ 7 + 0 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 49) mod 7 ≡ (0 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 614128 mod 821.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 614 -> 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: 6141=614

2: 6142=6141+1=6141⋅6141 ≡ 614⋅614=376996 ≡ 157 mod 821

4: 6144=6142+2=6142⋅6142 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 19 mod 821

8: 6148=6144+4=6144⋅6144 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 821

16: 61416=6148+8=6148⋅6148 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 603 mod 821

32: 61432=61416+16=61416⋅61416 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 727 mod 821

64: 61464=61432+32=61432⋅61432 ≡ 727⋅727=528529 ≡ 626 mod 821

128: 614128=61464+64=61464⋅61464 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 259 mod 821

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 197236 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 236 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 236 an und zerlegen 236 in eine Summer von 2er-Potenzen:

236 = 128+64+32+8+4

1: 1971=197

2: 1972=1971+1=1971⋅1971 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 332 mod 353

4: 1974=1972+2=1972⋅1972 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 88 mod 353

8: 1978=1974+4=1974⋅1974 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 331 mod 353

16: 19716=1978+8=1978⋅1978 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 131 mod 353

32: 19732=19716+16=19716⋅19716 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

64: 19764=19732+32=19732⋅19732 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 140 mod 353

128: 197128=19764+64=19764⋅19764 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 185 mod 353

197236

= 197128+64+32+8+4

= 197128⋅19764⋅19732⋅1978⋅1974

185 ⋅ 140 ⋅ 217 ⋅ 331 ⋅ 88 mod 353
25900 ⋅ 217 ⋅ 331 ⋅ 88 mod 353 ≡ 131 ⋅ 217 ⋅ 331 ⋅ 88 mod 353
28427 ⋅ 331 ⋅ 88 mod 353 ≡ 187 ⋅ 331 ⋅ 88 mod 353
61897 ⋅ 88 mod 353 ≡ 122 ⋅ 88 mod 353
10736 mod 353 ≡ 146 mod 353

Es gilt also: 197236 ≡ 146 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 65.

Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 65

=>101 = 1⋅65 + 36
=>65 = 1⋅36 + 29
=>36 = 1⋅29 + 7
=>29 = 4⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,65)=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= 29-4⋅7
7= 36-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -4⋅(36 -1⋅ 29)
= 1⋅29 -4⋅36 +4⋅ 29)
= -4⋅36 +5⋅ 29 (=1)
29= 65-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅36 +5⋅(65 -1⋅ 36)
= -4⋅36 +5⋅65 -5⋅ 36)
= 5⋅65 -9⋅ 36 (=1)
36= 101-1⋅65 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅65 -9⋅(101 -1⋅ 65)
= 5⋅65 -9⋅101 +9⋅ 65)
= -9⋅101 +14⋅ 65 (=1)

Es gilt also: ggt(101,65)=1 = -9⋅101 +14⋅65

oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅101 = +14⋅65

Es gilt also: 14⋅65 = 9⋅101 +1

Somit 14⋅65 = 1 mod 101

14 ist also das Inverse von 65 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.