Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3593 - 27003) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3593 - 27003) mod 9 ≡ (3593 mod 9 - 27003 mod 9) mod 9.

3593 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3593 = 3600-7 = 9 ⋅ 400 -7 = 9 ⋅ 400 - 9 + 2.

27003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27003 = 27000+3 = 9 ⋅ 3000 +3.

Somit gilt:

(3593 - 27003) mod 9 ≡ (2 - 3) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 53) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 53) mod 10 ≡ (54 mod 10 ⋅ 53 mod 10) mod 10.

54 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 5 ⋅ 10 + 4 ist.

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

Somit gilt:

(54 ⋅ 53) mod 10 ≡ (4 ⋅ 3) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31232 mod 313.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 312 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 3121=312

2: 3122=3121+1=3121⋅3121 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 1 mod 313

4: 3124=3122+2=3122⋅3122 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 313

8: 3128=3124+4=3124⋅3124 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 313

16: 31216=3128+8=3128⋅3128 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 313

32: 31232=31216+16=31216⋅31216 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 313

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 501196 mod 827.

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: 5011=501

2: 5012=5011+1=5011⋅5011 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 420 mod 827

4: 5014=5012+2=5012⋅5012 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 249 mod 827

8: 5018=5014+4=5014⋅5014 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 803 mod 827

16: 50116=5018+8=5018⋅5018 ≡ 803⋅803=644809 ≡ 576 mod 827

32: 50132=50116+16=50116⋅50116 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 149 mod 827

64: 50164=50132+32=50132⋅50132 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 699 mod 827

128: 501128=50164+64=50164⋅50164 ≡ 699⋅699=488601 ≡ 671 mod 827

501196

= 501128+64+4

= 501128⋅50164⋅5014

671 ⋅ 699 ⋅ 249 mod 827
469029 ⋅ 249 mod 827 ≡ 120 ⋅ 249 mod 827
29880 mod 827 ≡ 108 mod 827

Es gilt also: 501196 ≡ 108 mod 827

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 = 71 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.