Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20003 - 164) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20003 - 164) mod 4 ≡ (20003 mod 4 - 164 mod 4) mod 4.

20003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20003 = 20000+3 = 4 ⋅ 5000 +3.

164 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 164 = 160+4 = 4 ⋅ 40 +4.

Somit gilt:

(20003 - 164) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 43) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(100 ⋅ 43) mod 7 ≡ (100 mod 7 ⋅ 43 mod 7) mod 7.

100 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 98 + 2 = 14 ⋅ 7 + 2 ist.

43 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 6 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(100 ⋅ 43) mod 7 ≡ (2 ⋅ 1) mod 7 ≡ 2 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 633128 mod 941.

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. 633 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 6331=633

2: 6332=6331+1=6331⋅6331 ≡ 633⋅633=400689 ≡ 764 mod 941

4: 6334=6332+2=6332⋅6332 ≡ 764⋅764=583696 ≡ 276 mod 941

8: 6338=6334+4=6334⋅6334 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 896 mod 941

16: 63316=6338+8=6338⋅6338 ≡ 896⋅896=802816 ≡ 143 mod 941

32: 63332=63316+16=63316⋅63316 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 688 mod 941

64: 63364=63332+32=63332⋅63332 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 21 mod 941

128: 633128=63364+64=63364⋅63364 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 457196 mod 919.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 196 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 196 an und zerlegen 196 in eine Summer von 2er-Potenzen:

196 = 128+64+4

1: 4571=457

2: 4572=4571+1=4571⋅4571 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 236 mod 919

4: 4574=4572+2=4572⋅4572 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 556 mod 919

8: 4578=4574+4=4574⋅4574 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 352 mod 919

16: 45716=4578+8=4578⋅4578 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 758 mod 919

32: 45732=45716+16=45716⋅45716 ≡ 758⋅758=574564 ≡ 189 mod 919

64: 45764=45732+32=45732⋅45732 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 799 mod 919

128: 457128=45764+64=45764⋅45764 ≡ 799⋅799=638401 ≡ 615 mod 919

457196

= 457128+64+4

= 457128⋅45764⋅4574

615 ⋅ 799 ⋅ 556 mod 919
491385 ⋅ 556 mod 919 ≡ 639 ⋅ 556 mod 919
355284 mod 919 ≡ 550 mod 919

Es gilt also: 457196 ≡ 550 mod 919

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 72

=>79 = 1⋅72 + 7
=>72 = 10⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,72)=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= 7-3⋅2
2= 72-10⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(72 -10⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅72 +30⋅ 7)
= -3⋅72 +31⋅ 7 (=1)
7= 79-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅72 +31⋅(79 -1⋅ 72)
= -3⋅72 +31⋅79 -31⋅ 72)
= 31⋅79 -34⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(79,72)=1 = 31⋅79 -34⋅72

oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -31⋅79 = -34⋅72

-34⋅72 = -31⋅79 + 1 |+79⋅72

-34⋅72 + 79⋅72 = -31⋅79 + 79⋅72 + 1

(-34 + 79) ⋅ 72 = (-31 + 72) ⋅ 79 + 1

45⋅72 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 45⋅72 = 41⋅79 +1

Somit 45⋅72 = 1 mod 79

45 ist also das Inverse von 72 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.