Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1999 + 16003) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1999 + 16003) mod 4 ≡ (1999 mod 4 + 16003 mod 4) mod 4.

1999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999 = 1900+99 = 4 ⋅ 475 +99.

16003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16003 = 16000+3 = 4 ⋅ 4000 +3.

Somit gilt:

(1999 + 16003) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 83) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 83) mod 9 ≡ (65 mod 9 ⋅ 83 mod 9) mod 9.

65 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 7 ⋅ 9 + 2 ist.

83 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 81 + 2 = 9 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 83) mod 9 ≡ (2 ⋅ 2) mod 9 ≡ 4 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 238128 mod 283.

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. 238 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2381=238

2: 2382=2381+1=2381⋅2381 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283

4: 2384=2382+2=2382⋅2382 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283

8: 2388=2384+4=2384⋅2384 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283

16: 23816=2388+8=2388⋅2388 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283

32: 23832=23816+16=23816⋅23816 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283

64: 23864=23832+32=23832⋅23832 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 238 mod 283

128: 238128=23864+64=23864⋅23864 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 44 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 420101 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 101 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 101 an und zerlegen 101 in eine Summer von 2er-Potenzen:

101 = 64+32+4+1

1: 4201=420

2: 4202=4201+1=4201⋅4201 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 774 mod 887

4: 4204=4202+2=4202⋅4202 ≡ 774⋅774=599076 ≡ 351 mod 887

8: 4208=4204+4=4204⋅4204 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 795 mod 887

16: 42016=4208+8=4208⋅4208 ≡ 795⋅795=632025 ≡ 481 mod 887

32: 42032=42016+16=42016⋅42016 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 741 mod 887

64: 42064=42032+32=42032⋅42032 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 28 mod 887

420101

= 42064+32+4+1

= 42064⋅42032⋅4204⋅4201

≡ 28 ⋅ 741 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887
≡ 20748 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887 ≡ 347 ⋅ 351 ⋅ 420 mod 887
≡ 121797 ⋅ 420 mod 887 ≡ 278 ⋅ 420 mod 887
≡ 116760 mod 887 ≡ 563 mod 887

Es gilt also: 420101 ≡ 563 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48

=>71 = 1⋅48 + 23
=>48 = 2⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2
2= 48-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23)
= -11⋅48 +23⋅ 23 (=1)
23= 71-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48)
= 23⋅71 -34⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48

oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -23⋅71 = -34⋅48

-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48

-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1

(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1

37⋅48 = 25⋅71 + 1

Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1

Somit 37⋅48 = 1 mod 71

37 ist also das Inverse von 48 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.