Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3000 - 600) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3000 - 600) mod 3 ≡ (3000 mod 3 - 600 mod 3) mod 3.

3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 3 ⋅ 1000 +0.

600 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 600 = 600+0 = 3 ⋅ 200 +0.

Somit gilt:

(3000 - 600) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 85) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 85) mod 7 ≡ (68 mod 7 ⋅ 85 mod 7) mod 7.

68 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 63 + 5 = 9 ⋅ 7 + 5 ist.

85 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 12 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 85) mod 7 ≡ (5 ⋅ 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36364 mod 397.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 363 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3631=363

2: 3632=3631+1=3631⋅3631 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 362 mod 397

4: 3634=3632+2=3632⋅3632 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 34 mod 397

8: 3638=3634+4=3634⋅3634 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 362 mod 397

16: 36316=3638+8=3638⋅3638 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 34 mod 397

32: 36332=36316+16=36316⋅36316 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 362 mod 397

64: 36364=36332+32=36332⋅36332 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 34 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 487235 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 4871=487

2: 4872=4871+1=4871⋅4871 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 92 mod 619

4: 4874=4872+2=4872⋅4872 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 417 mod 619

8: 4878=4874+4=4874⋅4874 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 569 mod 619

16: 48716=4878+8=4878⋅4878 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 24 mod 619

32: 48732=48716+16=48716⋅48716 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 619

64: 48764=48732+32=48732⋅48732 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 611 mod 619

128: 487128=48764+64=48764⋅48764 ≡ 611⋅611=373321 ≡ 64 mod 619

487235

= 487128+64+32+8+2+1

= 487128⋅48764⋅48732⋅4878⋅4872⋅4871

64 ⋅ 611 ⋅ 576 ⋅ 569 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619
39104 ⋅ 576 ⋅ 569 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619 ≡ 107 ⋅ 576 ⋅ 569 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619
61632 ⋅ 569 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619 ≡ 351 ⋅ 569 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619
199719 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619 ≡ 401 ⋅ 92 ⋅ 487 mod 619
36892 ⋅ 487 mod 619 ≡ 371 ⋅ 487 mod 619
180677 mod 619 ≡ 548 mod 619

Es gilt also: 487235 ≡ 548 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 46

=>59 = 1⋅46 + 13
=>46 = 3⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,46)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 46-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(46 -3⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅46 -6⋅ 13)
= 2⋅46 -7⋅ 13 (=1)
13= 59-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -7⋅(59 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -7⋅59 +7⋅ 46)
= -7⋅59 +9⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(59,46)=1 = -7⋅59 +9⋅46

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +9⋅46

Es gilt also: 9⋅46 = 7⋅59 +1

Somit 9⋅46 = 1 mod 59

9 ist also das Inverse von 46 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.