Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 + 303) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 + 303) mod 3 ≡ (61 mod 3 + 303 mod 3) mod 3.

61 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60+1 = 3 ⋅ 20 +1.

303 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 303 = 300+3 = 3 ⋅ 100 +3.

Somit gilt:

(61 + 303) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 22) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 22) mod 10 ≡ (45 mod 10 ⋅ 22 mod 10) mod 10.

45 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 40 + 5 = 4 ⋅ 10 + 5 ist.

22 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 20 + 2 = 2 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 22) mod 10 ≡ (5 ⋅ 2) mod 10 ≡ 10 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18416 mod 347.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 184 -> x
2. mod(x²,347) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 197 mod 347

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 292 mod 347

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 249 mod 347

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 235 mod 347

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 537181 mod 541.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 181 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 181 an und zerlegen 181 in eine Summer von 2er-Potenzen:

181 = 128+32+16+4+1

1: 5371=537

2: 5372=5371+1=5371⋅5371 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 16 mod 541

4: 5374=5372+2=5372⋅5372 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 541

8: 5378=5374+4=5374⋅5374 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 75 mod 541

16: 53716=5378+8=5378⋅5378 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 215 mod 541

32: 53732=53716+16=53716⋅53716 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 240 mod 541

64: 53764=53732+32=53732⋅53732 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 254 mod 541

128: 537128=53764+64=53764⋅53764 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 137 mod 541

537181

= 537128+32+16+4+1

= 537128⋅53732⋅53716⋅5374⋅5371

137 ⋅ 240 ⋅ 215 ⋅ 256 ⋅ 537 mod 541
32880 ⋅ 215 ⋅ 256 ⋅ 537 mod 541 ≡ 420 ⋅ 215 ⋅ 256 ⋅ 537 mod 541
90300 ⋅ 256 ⋅ 537 mod 541 ≡ 494 ⋅ 256 ⋅ 537 mod 541
126464 ⋅ 537 mod 541 ≡ 411 ⋅ 537 mod 541
220707 mod 541 ≡ 520 mod 541

Es gilt also: 537181 ≡ 520 mod 541

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 70.

Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 70

=>89 = 1⋅70 + 19
=>70 = 3⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,70)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 70-3⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(70 -3⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅70 -9⋅ 19)
= 3⋅70 -11⋅ 19 (=1)
19= 89-1⋅70 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅70 -11⋅(89 -1⋅ 70)
= 3⋅70 -11⋅89 +11⋅ 70)
= -11⋅89 +14⋅ 70 (=1)

Es gilt also: ggt(89,70)=1 = -11⋅89 +14⋅70

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +14⋅70

Es gilt also: 14⋅70 = 11⋅89 +1

Somit 14⋅70 = 1 mod 89

14 ist also das Inverse von 70 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.