Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2696 + 363) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2696 + 363) mod 9 ≡ (2696 mod 9 + 363 mod 9) mod 9.

2696 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2696 = 2700-4 = 9 ⋅ 300 -4 = 9 ⋅ 300 - 9 + 5.

363 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 363 = 360+3 = 9 ⋅ 40 +3.

Somit gilt:

(2696 + 363) mod 9 ≡ (5 + 3) mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 68) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 68) mod 10 ≡ (53 mod 10 ⋅ 68 mod 10) mod 10.

53 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 5 ⋅ 10 + 3 ist.

68 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 60 + 8 = 6 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 68) mod 10 ≡ (3 ⋅ 8) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1678 mod 383.

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. 167 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 1671=167

2: 1672=1671+1=1671⋅1671 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 313 mod 383

4: 1674=1672+2=1672⋅1672 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 304 mod 383

8: 1678=1674+4=1674⋅1674 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 113 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 63571 mod 647.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 71 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 71 an und zerlegen 71 in eine Summer von 2er-Potenzen:

71 = 64+4+2+1

1: 6351=635

2: 6352=6351+1=6351⋅6351 ≡ 635⋅635=403225 ≡ 144 mod 647

4: 6354=6352+2=6352⋅6352 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 32 mod 647

8: 6358=6354+4=6354⋅6354 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 377 mod 647

16: 63516=6358+8=6358⋅6358 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 436 mod 647

32: 63532=63516+16=63516⋅63516 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 525 mod 647

64: 63564=63532+32=63532⋅63532 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 3 mod 647

63571

= 63564+4+2+1

= 63564⋅6354⋅6352⋅6351

3 ⋅ 32 ⋅ 144 ⋅ 635 mod 647
96 ⋅ 144 ⋅ 635 mod 647
13824 ⋅ 635 mod 647 ≡ 237 ⋅ 635 mod 647
150495 mod 647 ≡ 391 mod 647

Es gilt also: 63571 ≡ 391 mod 647

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35

=>101 = 2⋅35 + 31
=>35 = 1⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3
3= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 35-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31)
= 8⋅35 -9⋅ 31 (=1)
31= 101-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35)
= -9⋅101 +26⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35

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

1 +9⋅101 = +26⋅35

Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1

Somit 26⋅35 = 1 mod 101

26 ist also das Inverse von 35 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.