Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (150 + 1498) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(150 + 1498) mod 3 ≡ (150 mod 3 + 1498 mod 3) mod 3.

150 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 3 ⋅ 50 +0.

1498 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1498 = 1500-2 = 3 ⋅ 500 -2 = 3 ⋅ 500 - 3 + 1.

Somit gilt:

(150 + 1498) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 85) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(78 ⋅ 85) mod 11 ≡ (78 mod 11 ⋅ 85 mod 11) mod 11.

78 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 77 + 1 = 7 ⋅ 11 + 1 ist.

85 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 77 + 8 = 7 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(78 ⋅ 85) mod 11 ≡ (1 ⋅ 8) mod 11 ≡ 8 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 486128 mod 853.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 486 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 4861=486

2: 4862=4861+1=4861⋅4861 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 768 mod 853

4: 4864=4862+2=4862⋅4862 ≡ 768⋅768=589824 ≡ 401 mod 853

8: 4868=4864+4=4864⋅4864 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 437 mod 853

16: 48616=4868+8=4868⋅4868 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 750 mod 853

32: 48632=48616+16=48616⋅48616 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 373 mod 853

64: 48664=48632+32=48632⋅48632 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 90 mod 853

128: 486128=48664+64=48664⋅48664 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 423 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 822245 mod 1009.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 8221=822

2: 8222=8221+1=8221⋅8221 ≡ 822⋅822=675684 ≡ 663 mod 1009

4: 8224=8222+2=8222⋅8222 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 654 mod 1009

8: 8228=8224+4=8224⋅8224 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 909 mod 1009

16: 82216=8228+8=8228⋅8228 ≡ 909⋅909=826281 ≡ 919 mod 1009

32: 82232=82216+16=82216⋅82216 ≡ 919⋅919=844561 ≡ 28 mod 1009

64: 82264=82232+32=82232⋅82232 ≡ 28⋅28=784 ≡ 784 mod 1009

128: 822128=82264+64=82264⋅82264 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 175 mod 1009

822245

= 822128+64+32+16+4+1

= 822128⋅82264⋅82232⋅82216⋅8224⋅8221

175 ⋅ 784 ⋅ 28 ⋅ 919 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009
137200 ⋅ 28 ⋅ 919 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009 ≡ 985 ⋅ 28 ⋅ 919 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009
27580 ⋅ 919 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009 ≡ 337 ⋅ 919 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009
309703 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009 ≡ 949 ⋅ 654 ⋅ 822 mod 1009
620646 ⋅ 822 mod 1009 ≡ 111 ⋅ 822 mod 1009
91242 mod 1009 ≡ 432 mod 1009

Es gilt also: 822245 ≡ 432 mod 1009

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 40

=>71 = 1⋅40 + 31
=>40 = 1⋅31 + 9
=>31 = 3⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,40)=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= 9-2⋅4
4= 31-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(31 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅31 +6⋅ 9)
= -2⋅31 +7⋅ 9 (=1)
9= 40-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +7⋅(40 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +7⋅40 -7⋅ 31)
= 7⋅40 -9⋅ 31 (=1)
31= 71-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅40 -9⋅(71 -1⋅ 40)
= 7⋅40 -9⋅71 +9⋅ 40)
= -9⋅71 +16⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(71,40)=1 = -9⋅71 +16⋅40

oder wenn man -9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅71 = +16⋅40

Es gilt also: 16⋅40 = 9⋅71 +1

Somit 16⋅40 = 1 mod 71

16 ist also das Inverse von 40 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.