Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1802 - 45005) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1802 - 45005) mod 9 ≡ (1802 mod 9 - 45005 mod 9) mod 9.

1802 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802 = 1800+2 = 9 ⋅ 200 +2.

45005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45005 = 45000+5 = 9 ⋅ 5000 +5.

Somit gilt:

(1802 - 45005) mod 9 ≡ (2 - 5) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 51) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 ⋅ 51) mod 7 ≡ (80 mod 7 ⋅ 51 mod 7) mod 7.

80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.

51 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 49 + 2 = 7 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(80 ⋅ 51) mod 7 ≡ (3 ⋅ 2) mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20732 mod 331.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 207 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 2071=207

2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 150 mod 331

4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 323 mod 331

8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 64 mod 331

16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 124 mod 331

32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 150 mod 331

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 890122 mod 953.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:

122 = 64+32+16+8+2

1: 8901=890

2: 8902=8901+1=8901⋅8901 ≡ 890⋅890=792100 ≡ 157 mod 953

4: 8904=8902+2=8902⋅8902 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 824 mod 953

8: 8908=8904+4=8904⋅8904 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 440 mod 953

16: 89016=8908+8=8908⋅8908 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 141 mod 953

32: 89032=89016+16=89016⋅89016 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 821 mod 953

64: 89064=89032+32=89032⋅89032 ≡ 821⋅821=674041 ≡ 270 mod 953

890122

= 89064+32+16+8+2

= 89064⋅89032⋅89016⋅8908⋅8902

270 ⋅ 821 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
221670 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953 ≡ 574 ⋅ 141 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
80934 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953 ≡ 882 ⋅ 440 ⋅ 157 mod 953
388080 ⋅ 157 mod 953 ≡ 209 ⋅ 157 mod 953
32813 mod 953 ≡ 411 mod 953

Es gilt also: 890122 ≡ 411 mod 953

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 42

=>59 = 1⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,42)=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= 17-2⋅8
8= 42-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17)
= -2⋅42 +5⋅ 17 (=1)
17= 59-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42)
= 5⋅59 -7⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(59,42)=1 = 5⋅59 -7⋅42

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

1 -5⋅59 = -7⋅42

-7⋅42 = -5⋅59 + 1 |+59⋅42

-7⋅42 + 59⋅42 = -5⋅59 + 59⋅42 + 1

(-7 + 59) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 59 + 1

52⋅42 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 52⋅42 = 37⋅59 +1

Somit 52⋅42 = 1 mod 59

52 ist also das Inverse von 42 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.