Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1996 - 5001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1996 - 5001) mod 5 ≡ (1996 mod 5 - 5001 mod 5) mod 5.

1996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1996 = 1900+96 = 5 ⋅ 380 +96.

5001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5001 = 5000+1 = 5 ⋅ 1000 +1.

Somit gilt:

(1996 - 5001) mod 5 ≡ (1 - 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 69) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 69) mod 10 ≡ (18 mod 10 ⋅ 69 mod 10) mod 10.

18 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 10 + 8 = 1 ⋅ 10 + 8 ist.

69 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 60 + 9 = 6 ⋅ 10 + 9 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 69) mod 10 ≡ (8 ⋅ 9) mod 10 ≡ 72 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22364 mod 409.

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. 223 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 2231=223

2: 2232=2231+1=2231⋅2231 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 240 mod 409

4: 2234=2232+2=2232⋅2232 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 340 mod 409

8: 2238=2234+4=2234⋅2234 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 262 mod 409

16: 22316=2238+8=2238⋅2238 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 341 mod 409

32: 22332=22316+16=22316⋅22316 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 125 mod 409

64: 22364=22332+32=22332⋅22332 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 83 mod 409

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 83479 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 79 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 79 an und zerlegen 79 in eine Summer von 2er-Potenzen:

79 = 64+8+4+2+1

1: 8341=834

2: 8342=8341+1=8341⋅8341 ≡ 834⋅834=695556 ≡ 148 mod 887

4: 8344=8342+2=8342⋅8342 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 616 mod 887

8: 8348=8344+4=8344⋅8344 ≡ 616⋅616=379456 ≡ 707 mod 887

16: 83416=8348+8=8348⋅8348 ≡ 707⋅707=499849 ≡ 468 mod 887

32: 83432=83416+16=83416⋅83416 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 822 mod 887

64: 83464=83432+32=83432⋅83432 ≡ 822⋅822=675684 ≡ 677 mod 887

83479

= 83464+8+4+2+1

= 83464⋅8348⋅8344⋅8342⋅8341

677 ⋅ 707 ⋅ 616 ⋅ 148 ⋅ 834 mod 887
478639 ⋅ 616 ⋅ 148 ⋅ 834 mod 887 ≡ 546 ⋅ 616 ⋅ 148 ⋅ 834 mod 887
336336 ⋅ 148 ⋅ 834 mod 887 ≡ 163 ⋅ 148 ⋅ 834 mod 887
24124 ⋅ 834 mod 887 ≡ 175 ⋅ 834 mod 887
145950 mod 887 ≡ 482 mod 887

Es gilt also: 83479 ≡ 482 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 33

=>73 = 2⋅33 + 7
=>33 = 4⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,33)=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= 5-2⋅2
2= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 33-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(33 -4⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅33 -12⋅ 7)
= 3⋅33 -14⋅ 7 (=1)
7= 73-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅33 -14⋅(73 -2⋅ 33)
= 3⋅33 -14⋅73 +28⋅ 33)
= -14⋅73 +31⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(73,33)=1 = -14⋅73 +31⋅33

oder wenn man -14⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅73 = +31⋅33

Es gilt also: 31⋅33 = 14⋅73 +1

Somit 31⋅33 = 1 mod 73

31 ist also das Inverse von 33 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.