Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1201 + 1600) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1201 + 1600) mod 4 ≡ (1201 mod 4 + 1600 mod 4) mod 4.

1201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 4 ⋅ 300 +1.

1600 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 4 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(1201 + 1600) mod 4 ≡ (1 + 0) mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 16) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(91 ⋅ 16) mod 7 ≡ (91 mod 7 ⋅ 16 mod 7) mod 7.

91 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 91 + 0 = 13 ⋅ 7 + 0 ist.

16 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 14 + 2 = 2 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(91 ⋅ 16) mod 7 ≡ (0 ⋅ 2) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32116 mod 431.

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. 321 -> x
2. mod(x²,431) -> 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: 3211=321

2: 3212=3211+1=3211⋅3211 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 32 mod 431

4: 3214=3212+2=3212⋅3212 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 162 mod 431

8: 3218=3214+4=3214⋅3214 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 384 mod 431

16: 32116=3218+8=3218⋅3218 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 54 mod 431

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 778222 mod 941.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 222 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 222 an und zerlegen 222 in eine Summer von 2er-Potenzen:

222 = 128+64+16+8+4+2

1: 7781=778

2: 7782=7781+1=7781⋅7781 ≡ 778⋅778=605284 ≡ 221 mod 941

4: 7784=7782+2=7782⋅7782 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 850 mod 941

8: 7788=7784+4=7784⋅7784 ≡ 850⋅850=722500 ≡ 753 mod 941

16: 77816=7788+8=7788⋅7788 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 527 mod 941

32: 77832=77816+16=77816⋅77816 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 134 mod 941

64: 77864=77832+32=77832⋅77832 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 77 mod 941

128: 778128=77864+64=77864⋅77864 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 283 mod 941

778222

= 778128+64+16+8+4+2

= 778128⋅77864⋅77816⋅7788⋅7784⋅7782

283 ⋅ 77 ⋅ 527 ⋅ 753 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941
21791 ⋅ 527 ⋅ 753 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941 ≡ 148 ⋅ 527 ⋅ 753 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941
77996 ⋅ 753 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941 ≡ 834 ⋅ 753 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941
628002 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941 ≡ 355 ⋅ 850 ⋅ 221 mod 941
301750 ⋅ 221 mod 941 ≡ 630 ⋅ 221 mod 941
139230 mod 941 ≡ 903 mod 941

Es gilt also: 778222 ≡ 903 mod 941

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 56

=>101 = 1⋅56 + 45
=>56 = 1⋅45 + 11
=>45 = 4⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,56)=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= 45-4⋅11
11= 56-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅45 -4⋅(56 -1⋅ 45)
= 1⋅45 -4⋅56 +4⋅ 45)
= -4⋅56 +5⋅ 45 (=1)
45= 101-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅56 +5⋅(101 -1⋅ 56)
= -4⋅56 +5⋅101 -5⋅ 56)
= 5⋅101 -9⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(101,56)=1 = 5⋅101 -9⋅56

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -9⋅56

-9⋅56 = -5⋅101 + 1 |+101⋅56

-9⋅56 + 101⋅56 = -5⋅101 + 101⋅56 + 1

(-9 + 101) ⋅ 56 = (-5 + 56) ⋅ 101 + 1

92⋅56 = 51⋅101 + 1

Es gilt also: 92⋅56 = 51⋅101 +1

Somit 92⋅56 = 1 mod 101

92 ist also das Inverse von 56 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.