Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (9004 - 271) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(9004 - 271) mod 9 ≡ (9004 mod 9 - 271 mod 9) mod 9.

9004 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9004 = 9000+4 = 9 ⋅ 1000 +4.

271 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 271 = 270+1 = 9 ⋅ 30 +1.

Somit gilt:

(9004 - 271) mod 9 ≡ (4 - 1) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 46) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(49 ⋅ 46) mod 3 ≡ (49 mod 3 ⋅ 46 mod 3) mod 3.

49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.

46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(49 ⋅ 46) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48764 mod 919.

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. 487 -> x
2. mod(x²,919) -> 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: 4871=487

2: 4872=4871+1=4871⋅4871 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 67 mod 919

4: 4874=4872+2=4872⋅4872 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 813 mod 919

8: 4878=4874+4=4874⋅4874 ≡ 813⋅813=660969 ≡ 208 mod 919

16: 48716=4878+8=4878⋅4878 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 71 mod 919

32: 48732=48716+16=48716⋅48716 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 446 mod 919

64: 48764=48732+32=48732⋅48732 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 412 mod 919

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 77261 mod 953.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:

61 = 32+16+8+4+1

1: 7721=772

2: 7722=7721+1=7721⋅7721 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 359 mod 953

4: 7724=7722+2=7722⋅7722 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 226 mod 953

8: 7728=7724+4=7724⋅7724 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 567 mod 953

16: 77216=7728+8=7728⋅7728 ≡ 567⋅567=321489 ≡ 328 mod 953

32: 77232=77216+16=77216⋅77216 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 848 mod 953

77261

= 77232+16+8+4+1

= 77232⋅77216⋅7728⋅7724⋅7721

848 ⋅ 328 ⋅ 567 ⋅ 226 ⋅ 772 mod 953
278144 ⋅ 567 ⋅ 226 ⋅ 772 mod 953 ≡ 821 ⋅ 567 ⋅ 226 ⋅ 772 mod 953
465507 ⋅ 226 ⋅ 772 mod 953 ≡ 443 ⋅ 226 ⋅ 772 mod 953
100118 ⋅ 772 mod 953 ≡ 53 ⋅ 772 mod 953
40916 mod 953 ≡ 890 mod 953

Es gilt also: 77261 ≡ 890 mod 953

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 35

=>101 = 2⋅35 + 31
=>35 = 1⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,35)=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= 4-1⋅3
3= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 35-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(35 -1⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅35 -8⋅ 31)
= 8⋅35 -9⋅ 31 (=1)
31= 101-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅35 -9⋅(101 -2⋅ 35)
= 8⋅35 -9⋅101 +18⋅ 35)
= -9⋅101 +26⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(101,35)=1 = -9⋅101 +26⋅35

oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅101 = +26⋅35

Es gilt also: 26⋅35 = 9⋅101 +1

Somit 26⋅35 = 1 mod 101

26 ist also das Inverse von 35 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.