Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (697 + 2801) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(697 + 2801) mod 7 ≡ (697 mod 7 + 2801 mod 7) mod 7.

697 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 697 = 700-3 = 7 ⋅ 100 -3 = 7 ⋅ 100 - 7 + 4.

2801 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2801 = 2800+1 = 7 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(697 + 2801) mod 7 ≡ (4 + 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 83) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 83) mod 11 ≡ (65 mod 11 ⋅ 83 mod 11) mod 11.

65 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 55 + 10 = 5 ⋅ 11 + 10 ist.

83 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 7 ⋅ 11 + 6 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 83) mod 11 ≡ (10 ⋅ 6) mod 11 ≡ 60 mod 11 ≡ 5 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30316 mod 601.

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. 303 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 3031=303

2: 3032=3031+1=3031⋅3031 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 457 mod 601

4: 3034=3032+2=3032⋅3032 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 302 mod 601

8: 3038=3034+4=3034⋅3034 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 453 mod 601

16: 30316=3038+8=3038⋅3038 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 268 mod 601

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47464 mod 733.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 64 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 64 an und zerlegen 64 in eine Summer von 2er-Potenzen:

64 = 64

1: 4741=474

2: 4742=4741+1=4741⋅4741 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 378 mod 733

4: 4744=4742+2=4742⋅4742 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 682 mod 733

8: 4748=4744+4=4744⋅4744 ≡ 682⋅682=465124 ≡ 402 mod 733

16: 47416=4748+8=4748⋅4748 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 344 mod 733

32: 47432=47416+16=47416⋅47416 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 323 mod 733

64: 47464=47432+32=47432⋅47432 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 243 mod 733

47464

= 47464

= 47464

243 mod 733

Es gilt also: 47464 ≡ 243 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 49

=>59 = 1⋅49 + 10
=>49 = 4⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,49)=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= 10-1⋅9
9= 49-4⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(49 -4⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅49 +4⋅ 10)
= -1⋅49 +5⋅ 10 (=1)
10= 59-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅49 +5⋅(59 -1⋅ 49)
= -1⋅49 +5⋅59 -5⋅ 49)
= 5⋅59 -6⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(59,49)=1 = 5⋅59 -6⋅49

oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅59 = -6⋅49

-6⋅49 = -5⋅59 + 1 |+59⋅49

-6⋅49 + 59⋅49 = -5⋅59 + 59⋅49 + 1

(-6 + 59) ⋅ 49 = (-5 + 49) ⋅ 59 + 1

53⋅49 = 44⋅59 + 1

Es gilt also: 53⋅49 = 44⋅59 +1

Somit 53⋅49 = 1 mod 59

53 ist also das Inverse von 49 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.