Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 + 3001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 + 3001) mod 3 ≡ (60 mod 3 + 3001 mod 3) mod 3.

60 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60+0 = 3 ⋅ 20 +0.

3001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3001 = 3000+1 = 3 ⋅ 1000 +1.

Somit gilt:

(60 + 3001) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (42 ⋅ 26) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(42 ⋅ 26) mod 7 ≡ (42 mod 7 ⋅ 26 mod 7) mod 7.

42 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 42 + 0 = 6 ⋅ 7 + 0 ist.

26 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 21 + 5 = 3 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(42 ⋅ 26) mod 7 ≡ (0 ⋅ 5) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 64664 mod 839.

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. 646 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 6461=646

2: 6462=6461+1=6461⋅6461 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 333 mod 839

4: 6464=6462+2=6462⋅6462 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 141 mod 839

8: 6468=6464+4=6464⋅6464 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 584 mod 839

16: 64616=6468+8=6468⋅6468 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 422 mod 839

32: 64632=64616+16=64616⋅64616 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 216 mod 839

64: 64664=64632+32=64632⋅64632 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 511 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 344115 mod 971.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 3441=344

2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 845 mod 971

4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 845⋅845=714025 ≡ 340 mod 971

8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 51 mod 971

16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 659 mod 971

32: 34432=34416+16=34416⋅34416 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 244 mod 971

64: 34464=34432+32=34432⋅34432 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 305 mod 971

344115

= 34464+32+16+2+1

= 34464⋅34432⋅34416⋅3442⋅3441

305 ⋅ 244 ⋅ 659 ⋅ 845 ⋅ 344 mod 971
74420 ⋅ 659 ⋅ 845 ⋅ 344 mod 971 ≡ 624 ⋅ 659 ⋅ 845 ⋅ 344 mod 971
411216 ⋅ 845 ⋅ 344 mod 971 ≡ 483 ⋅ 845 ⋅ 344 mod 971
408135 ⋅ 344 mod 971 ≡ 315 ⋅ 344 mod 971
108360 mod 971 ≡ 579 mod 971

Es gilt also: 344115 ≡ 579 mod 971

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31

=>59 = 1⋅31 + 28
=>31 = 1⋅28 + 3
=>28 = 9⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3
3= 31-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28)
= -9⋅31 +10⋅ 28 (=1)
28= 59-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31)
= 10⋅59 -19⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31

oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅59 = -19⋅31

-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31

-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1

(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1

40⋅31 = 21⋅59 + 1

Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1

Somit 40⋅31 = 1 mod 59

40 ist also das Inverse von 31 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.