Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3197 - 80) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3197 - 80) mod 8 ≡ (3197 mod 8 - 80 mod 8) mod 8.

3197 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3197 = 3200-3 = 8 ⋅ 400 -3 = 8 ⋅ 400 - 8 + 5.

80 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 8 ⋅ 10 +0.

Somit gilt:

(3197 - 80) mod 8 ≡ (5 - 0) mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 80) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 80) mod 8 ≡ (37 mod 8 ⋅ 80 mod 8) mod 8.

37 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 32 + 5 = 4 ⋅ 8 + 5 ist.

80 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 10 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 80) mod 8 ≡ (5 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21132 mod 691.

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. 211 -> x
2. mod(x²,691) -> 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: 2111=211

2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 297 mod 691

4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 452 mod 691

8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 459 mod 691

16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 617 mod 691

32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 639 mod 691

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 69573 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 73 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 73 an und zerlegen 73 in eine Summer von 2er-Potenzen:

73 = 64+8+1

1: 6951=695

2: 6952=6951+1=6951⋅6951 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 36 mod 701

4: 6954=6952+2=6952⋅6952 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 595 mod 701

8: 6958=6954+4=6954⋅6954 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 20 mod 701

16: 69516=6958+8=6958⋅6958 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 701

32: 69532=69516+16=69516⋅69516 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 172 mod 701

64: 69564=69532+32=69532⋅69532 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 142 mod 701

69573

= 69564+8+1

= 69564⋅6958⋅6951

142 ⋅ 20 ⋅ 695 mod 701
2840 ⋅ 695 mod 701 ≡ 36 ⋅ 695 mod 701
25020 mod 701 ≡ 485 mod 701

Es gilt also: 69573 ≡ 485 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 71.

Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 71

=>79 = 1⋅71 + 8
=>71 = 8⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,71)=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= 8-1⋅7
7= 71-8⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(71 -8⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅71 +8⋅ 8)
= -1⋅71 +9⋅ 8 (=1)
8= 79-1⋅71 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅71 +9⋅(79 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +9⋅79 -9⋅ 71)
= 9⋅79 -10⋅ 71 (=1)

Es gilt also: ggt(79,71)=1 = 9⋅79 -10⋅71

oder wenn man 9⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅79 = -10⋅71

-10⋅71 = -9⋅79 + 1 |+79⋅71

-10⋅71 + 79⋅71 = -9⋅79 + 79⋅71 + 1

(-10 + 79) ⋅ 71 = (-9 + 71) ⋅ 79 + 1

69⋅71 = 62⋅79 + 1

Es gilt also: 69⋅71 = 62⋅79 +1

Somit 69⋅71 = 1 mod 79

69 ist also das Inverse von 71 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.