Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18003 - 35998) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18003 - 35998) mod 9 ≡ (18003 mod 9 - 35998 mod 9) mod 9.

18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 9 ⋅ 2000 +3.

35998 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35998 = 36000-2 = 9 ⋅ 4000 -2 = 9 ⋅ 4000 - 9 + 7.

Somit gilt:

(18003 - 35998) mod 9 ≡ (3 - 7) mod 9 ≡ -4 mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 35) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 35) mod 4 ≡ (52 mod 4 ⋅ 35 mod 4) mod 4.

52 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 52 + 0 = 13 ⋅ 4 + 0 ist.

35 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 32 + 3 = 8 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 35) mod 4 ≡ (0 ⋅ 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2488 mod 653.

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. 248 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 2481=248

2: 2482=2481+1=2481⋅2481 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 122 mod 653

4: 2484=2482+2=2482⋅2482 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 518 mod 653

8: 2488=2484+4=2484⋅2484 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 594 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 362199 mod 409.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 199 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 199 an und zerlegen 199 in eine Summer von 2er-Potenzen:

199 = 128+64+4+2+1

1: 3621=362

2: 3622=3621+1=3621⋅3621 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 164 mod 409

4: 3624=3622+2=3622⋅3622 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 311 mod 409

8: 3628=3624+4=3624⋅3624 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 197 mod 409

16: 36216=3628+8=3628⋅3628 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 363 mod 409

32: 36232=36216+16=36216⋅36216 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 71 mod 409

64: 36264=36232+32=36232⋅36232 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 133 mod 409

128: 362128=36264+64=36264⋅36264 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 102 mod 409

362199

= 362128+64+4+2+1

= 362128⋅36264⋅3624⋅3622⋅3621

102 ⋅ 133 ⋅ 311 ⋅ 164 ⋅ 362 mod 409
13566 ⋅ 311 ⋅ 164 ⋅ 362 mod 409 ≡ 69 ⋅ 311 ⋅ 164 ⋅ 362 mod 409
21459 ⋅ 164 ⋅ 362 mod 409 ≡ 191 ⋅ 164 ⋅ 362 mod 409
31324 ⋅ 362 mod 409 ≡ 240 ⋅ 362 mod 409
86880 mod 409 ≡ 172 mod 409

Es gilt also: 362199 ≡ 172 mod 409

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 40

=>101 = 2⋅40 + 21
=>40 = 1⋅21 + 19
=>21 = 1⋅19 + 2
=>19 = 9⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,40)=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= 19-9⋅2
2= 21-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19)
= -9⋅21 +10⋅ 19 (=1)
19= 40-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21)
= 10⋅40 -19⋅ 21 (=1)
21= 101-2⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅40 -19⋅(101 -2⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅101 +38⋅ 40)
= -19⋅101 +48⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(101,40)=1 = -19⋅101 +48⋅40

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +48⋅40

Es gilt also: 48⋅40 = 19⋅101 +1

Somit 48⋅40 = 1 mod 101

48 ist also das Inverse von 40 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.