Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14998 + 150) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14998 + 150) mod 5 ≡ (14998 mod 5 + 150 mod 5) mod 5.

14998 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998 = 14000+998 = 5 ⋅ 2800 +998.

150 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 5 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(14998 + 150) mod 5 ≡ (3 + 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 93) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 93) mod 10 ≡ (18 mod 10 ⋅ 93 mod 10) mod 10.

18 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 10 + 8 = 1 ⋅ 10 + 8 ist.

93 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 9 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 93) mod 10 ≡ (8 ⋅ 3) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 50416 mod 691.

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. 504 -> 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: 5041=504

2: 5042=5041+1=5041⋅5041 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 419 mod 691

4: 5044=5042+2=5042⋅5042 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 47 mod 691

8: 5048=5044+4=5044⋅5044 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 136 mod 691

16: 50416=5048+8=5048⋅5048 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 530 mod 691

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 397174 mod 821.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 174 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 174 an und zerlegen 174 in eine Summer von 2er-Potenzen:

174 = 128+32+8+4+2

1: 3971=397

2: 3972=3971+1=3971⋅3971 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 798 mod 821

4: 3974=3972+2=3972⋅3972 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 529 mod 821

8: 3978=3974+4=3974⋅3974 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 701 mod 821

16: 39716=3978+8=3978⋅3978 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 443 mod 821

32: 39732=39716+16=39716⋅39716 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 30 mod 821

64: 39764=39732+32=39732⋅39732 ≡ 30⋅30=900 ≡ 79 mod 821

128: 397128=39764+64=39764⋅39764 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 494 mod 821

397174

= 397128+32+8+4+2

= 397128⋅39732⋅3978⋅3974⋅3972

494 ⋅ 30 ⋅ 701 ⋅ 529 ⋅ 798 mod 821
14820 ⋅ 701 ⋅ 529 ⋅ 798 mod 821 ≡ 42 ⋅ 701 ⋅ 529 ⋅ 798 mod 821
29442 ⋅ 529 ⋅ 798 mod 821 ≡ 707 ⋅ 529 ⋅ 798 mod 821
374003 ⋅ 798 mod 821 ≡ 448 ⋅ 798 mod 821
357504 mod 821 ≡ 369 mod 821

Es gilt also: 397174 ≡ 369 mod 821

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 38

=>67 = 1⋅38 + 29
=>38 = 1⋅29 + 9
=>29 = 3⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,38)=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= 9-4⋅2
2= 29-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(29 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅29 +12⋅ 9)
= -4⋅29 +13⋅ 9 (=1)
9= 38-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +13⋅(38 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +13⋅38 -13⋅ 29)
= 13⋅38 -17⋅ 29 (=1)
29= 67-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅38 -17⋅(67 -1⋅ 38)
= 13⋅38 -17⋅67 +17⋅ 38)
= -17⋅67 +30⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(67,38)=1 = -17⋅67 +30⋅38

oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅67 = +30⋅38

Es gilt also: 30⋅38 = 17⋅67 +1

Somit 30⋅38 = 1 mod 67

30 ist also das Inverse von 38 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.