Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2997 + 1795) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2997 + 1795) mod 6 ≡ (2997 mod 6 + 1795 mod 6) mod 6.

2997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2997 = 3000-3 = 6 ⋅ 500 -3 = 6 ⋅ 500 - 6 + 3.

1795 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1795 = 1800-5 = 6 ⋅ 300 -5 = 6 ⋅ 300 - 6 + 1.

Somit gilt:

(2997 + 1795) mod 6 ≡ (3 + 1) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 17) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 17) mod 8 ≡ (87 mod 8 ⋅ 17 mod 8) mod 8.

87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.

17 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 16 + 1 = 2 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 17) mod 8 ≡ (7 ⋅ 1) mod 8 ≡ 7 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 443128 mod 577.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 443 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 4431=443

2: 4432=4431+1=4431⋅4431 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 69 mod 577

4: 4434=4432+2=4432⋅4432 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 145 mod 577

8: 4438=4434+4=4434⋅4434 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 253 mod 577

16: 44316=4438+8=4438⋅4438 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 539 mod 577

32: 44332=44316+16=44316⋅44316 ≡ 539⋅539=290521 ≡ 290 mod 577

64: 44364=44332+32=44332⋅44332 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 435 mod 577

128: 443128=44364+64=44364⋅44364 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 546 mod 577

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 503129 mod 937.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 129 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 129 an und zerlegen 129 in eine Summer von 2er-Potenzen:

129 = 128+1

1: 5031=503

2: 5032=5031+1=5031⋅5031 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 19 mod 937

4: 5034=5032+2=5032⋅5032 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 937

8: 5038=5034+4=5034⋅5034 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 78 mod 937

16: 50316=5038+8=5038⋅5038 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 462 mod 937

32: 50332=50316+16=50316⋅50316 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 745 mod 937

64: 50364=50332+32=50332⋅50332 ≡ 745⋅745=555025 ≡ 321 mod 937

128: 503128=50364+64=50364⋅50364 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 908 mod 937

503129

= 503128+1

= 503128⋅5031

908 ⋅ 503 mod 937
456724 mod 937 ≡ 405 mod 937

Es gilt also: 503129 ≡ 405 mod 937

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.

Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67

=>101 = 1⋅67 + 34
=>67 = 1⋅34 + 33
=>34 = 1⋅33 + 1
=>33 = 33⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33
33= 67-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34)
= -1⋅67 +2⋅ 34 (=1)
34= 101-1⋅67 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67)
= 2⋅101 -3⋅ 67 (=1)

Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67

oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅101 = -3⋅67

-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67

-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1

(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1

98⋅67 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1

Somit 98⋅67 = 1 mod 101

98 ist also das Inverse von 67 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.