Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (398 + 159) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(398 + 159) mod 4 ≡ (398 mod 4 + 159 mod 4) mod 4.

398 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 398 = 300+98 = 4 ⋅ 75 +98.

159 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 159 = 160-1 = 4 ⋅ 40 -1 = 4 ⋅ 40 - 4 + 3.

Somit gilt:

(398 + 159) mod 4 ≡ (2 + 3) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 93) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 93) mod 7 ≡ (68 mod 7 ⋅ 93 mod 7) mod 7.

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

93 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 91 + 2 = 13 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 93) mod 7 ≡ (5 ⋅ 2) mod 7 ≡ 10 mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7716 mod 239.

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. 77 -> x
2. mod(x²,239) -> 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: 771=77

2: 772=771+1=771⋅771 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 193 mod 239

4: 774=772+2=772⋅772 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 204 mod 239

8: 778=774+4=774⋅774 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 30 mod 239

16: 7716=778+8=778⋅778 ≡ 30⋅30=900 ≡ 183 mod 239

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 137230 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:

230 = 128+64+32+4+2

1: 1371=137

2: 1372=1371+1=1371⋅1371 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 233 mod 331

4: 1374=1372+2=1372⋅1372 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 5 mod 331

8: 1378=1374+4=1374⋅1374 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 331

16: 13716=1378+8=1378⋅1378 ≡ 25⋅25=625 ≡ 294 mod 331

32: 13732=13716+16=13716⋅13716 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 45 mod 331

64: 13764=13732+32=13732⋅13732 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 39 mod 331

128: 137128=13764+64=13764⋅13764 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 197 mod 331

137230

= 137128+64+32+4+2

= 137128⋅13764⋅13732⋅1374⋅1372

197 ⋅ 39 ⋅ 45 ⋅ 5 ⋅ 233 mod 331
7683 ⋅ 45 ⋅ 5 ⋅ 233 mod 331 ≡ 70 ⋅ 45 ⋅ 5 ⋅ 233 mod 331
3150 ⋅ 5 ⋅ 233 mod 331 ≡ 171 ⋅ 5 ⋅ 233 mod 331
855 ⋅ 233 mod 331 ≡ 193 ⋅ 233 mod 331
44969 mod 331 ≡ 284 mod 331

Es gilt also: 137230 ≡ 284 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47

=>71 = 1⋅47 + 24
=>47 = 1⋅24 + 23
=>24 = 1⋅23 + 1
=>23 = 23⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23
23= 47-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24)
= -1⋅47 +2⋅ 24 (=1)
24= 71-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47)
= 2⋅71 -3⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47

oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅71 = -3⋅47

-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47

-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1

(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1

68⋅47 = 45⋅71 + 1

Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1

Somit 68⋅47 = 1 mod 71

68 ist also das Inverse von 47 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.