Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (299 - 1201) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(299 - 1201) mod 3 ≡ (299 mod 3 - 1201 mod 3) mod 3.

299 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 299 = 300-1 = 3 ⋅ 100 -1 = 3 ⋅ 100 - 3 + 2.

1201 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 3 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(299 - 1201) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 17) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 17) mod 7 ≡ (20 mod 7 ⋅ 17 mod 7) mod 7.

20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.

17 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 14 + 3 = 2 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 17) mod 7 ≡ (6 ⋅ 3) mod 7 ≡ 18 mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 701128 mod 739.

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. 701 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 7011=701

2: 7012=7011+1=7011⋅7011 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 705 mod 739

4: 7014=7012+2=7012⋅7012 ≡ 705⋅705=497025 ≡ 417 mod 739

8: 7018=7014+4=7014⋅7014 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 224 mod 739

16: 70116=7018+8=7018⋅7018 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 663 mod 739

32: 70132=70116+16=70116⋅70116 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 603 mod 739

64: 70164=70132+32=70132⋅70132 ≡ 603⋅603=363609 ≡ 21 mod 739

128: 701128=70164+64=70164⋅70164 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 739

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 179166 mod 379.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:

166 = 128+32+4+2

1: 1791=179

2: 1792=1791+1=1791⋅1791 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 205 mod 379

4: 1794=1792+2=1792⋅1792 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 335 mod 379

8: 1798=1794+4=1794⋅1794 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 41 mod 379

16: 17916=1798+8=1798⋅1798 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 165 mod 379

32: 17932=17916+16=17916⋅17916 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 316 mod 379

64: 17964=17932+32=17932⋅17932 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 179 mod 379

128: 179128=17964+64=17964⋅17964 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 205 mod 379

179166

= 179128+32+4+2

= 179128⋅17932⋅1794⋅1792

205 ⋅ 316 ⋅ 335 ⋅ 205 mod 379
64780 ⋅ 335 ⋅ 205 mod 379 ≡ 350 ⋅ 335 ⋅ 205 mod 379
117250 ⋅ 205 mod 379 ≡ 139 ⋅ 205 mod 379
28495 mod 379 ≡ 70 mod 379

Es gilt also: 179166 ≡ 70 mod 379

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 24

=>53 = 2⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,24)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 53-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(53 -2⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅53 -10⋅ 24)
= 5⋅53 -11⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(53,24)=1 = 5⋅53 -11⋅24

oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅53 = -11⋅24

-11⋅24 = -5⋅53 + 1 |+53⋅24

-11⋅24 + 53⋅24 = -5⋅53 + 53⋅24 + 1

(-11 + 53) ⋅ 24 = (-5 + 24) ⋅ 53 + 1

42⋅24 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 42⋅24 = 19⋅53 +1

Somit 42⋅24 = 1 mod 53

42 ist also das Inverse von 24 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.