Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (120 + 3005) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(120 + 3005) mod 6 ≡ (120 mod 6 + 3005 mod 6) mod 6.

120 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 120 = 120+0 = 6 ⋅ 20 +0.

3005 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3005 = 3000+5 = 6 ⋅ 500 +5.

Somit gilt:

(120 + 3005) mod 6 ≡ (0 + 5) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 18) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 18) mod 3 ≡ (37 mod 3 ⋅ 18 mod 3) mod 3.

37 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 12 ⋅ 3 + 1 ist.

18 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 6 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 18) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 87264 mod 881.

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. 872 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 8721=872

2: 8722=8721+1=8721⋅8721 ≡ 872⋅872=760384 ≡ 81 mod 881

4: 8724=8722+2=8722⋅8722 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 394 mod 881

8: 8728=8724+4=8724⋅8724 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 180 mod 881

16: 87216=8728+8=8728⋅8728 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 684 mod 881

32: 87232=87216+16=87216⋅87216 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 45 mod 881

64: 87264=87232+32=87232⋅87232 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 263 mod 881

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 212242 mod 263.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 2121=212

2: 2122=2121+1=2121⋅2121 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 234 mod 263

4: 2124=2122+2=2122⋅2122 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 52 mod 263

8: 2128=2124+4=2124⋅2124 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 74 mod 263

16: 21216=2128+8=2128⋅2128 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 216 mod 263

32: 21232=21216+16=21216⋅21216 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 105 mod 263

64: 21264=21232+32=21232⋅21232 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 242 mod 263

128: 212128=21264+64=21264⋅21264 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 178 mod 263

212242

= 212128+64+32+16+2

= 212128⋅21264⋅21232⋅21216⋅2122

178 ⋅ 242 ⋅ 105 ⋅ 216 ⋅ 234 mod 263
43076 ⋅ 105 ⋅ 216 ⋅ 234 mod 263 ≡ 207 ⋅ 105 ⋅ 216 ⋅ 234 mod 263
21735 ⋅ 216 ⋅ 234 mod 263 ≡ 169 ⋅ 216 ⋅ 234 mod 263
36504 ⋅ 234 mod 263 ≡ 210 ⋅ 234 mod 263
49140 mod 263 ≡ 222 mod 263

Es gilt also: 212242 ≡ 222 mod 263

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 47

=>97 = 2⋅47 + 3
=>47 = 15⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,47)=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= 3-1⋅2
2= 47-15⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(47 -15⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅47 +15⋅ 3)
= -1⋅47 +16⋅ 3 (=1)
3= 97-2⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +16⋅(97 -2⋅ 47)
= -1⋅47 +16⋅97 -32⋅ 47)
= 16⋅97 -33⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(97,47)=1 = 16⋅97 -33⋅47

oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅97 = -33⋅47

-33⋅47 = -16⋅97 + 1 |+97⋅47

-33⋅47 + 97⋅47 = -16⋅97 + 97⋅47 + 1

(-33 + 97) ⋅ 47 = (-16 + 47) ⋅ 97 + 1

64⋅47 = 31⋅97 + 1

Es gilt also: 64⋅47 = 31⋅97 +1

Somit 64⋅47 = 1 mod 97

64 ist also das Inverse von 47 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.