Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3003 - 602) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3003 - 602) mod 6 ≡ (3003 mod 6 - 602 mod 6) mod 6.

3003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3003 = 3000+3 = 6 ⋅ 500 +3.

602 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602 = 600+2 = 6 ⋅ 100 +2.

Somit gilt:

(3003 - 602) mod 6 ≡ (3 - 2) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 70) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 ⋅ 70) mod 9 ≡ (80 mod 9 ⋅ 70 mod 9) mod 9.

80 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 72 + 8 = 8 ⋅ 9 + 8 ist.

70 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 63 + 7 = 7 ⋅ 9 + 7 ist.

Somit gilt:

(80 ⋅ 70) mod 9 ≡ (8 ⋅ 7) mod 9 ≡ 56 mod 9 ≡ 2 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21664 mod 281.

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. 216 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2161=216

2: 2162=2161+1=2161⋅2161 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 10 mod 281

4: 2164=2162+2=2162⋅2162 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 281

8: 2168=2164+4=2164⋅2164 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 165 mod 281

16: 21616=2168+8=2168⋅2168 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 249 mod 281

32: 21632=21616+16=21616⋅21616 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 181 mod 281

64: 21664=21632+32=21632⋅21632 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 165 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 375251 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:

251 = 128+64+32+16+8+2+1

1: 3751=375

2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 543 mod 631

4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 172 mod 631

8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 558 mod 631

16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 281 mod 631

32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 86 mod 631

64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 455 mod 631

128: 375128=37564+64=37564⋅37564 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 57 mod 631

375251

= 375128+64+32+16+8+2+1

= 375128⋅37564⋅37532⋅37516⋅3758⋅3752⋅3751

57 ⋅ 455 ⋅ 86 ⋅ 281 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631
25935 ⋅ 86 ⋅ 281 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631 ≡ 64 ⋅ 86 ⋅ 281 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631
5504 ⋅ 281 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631 ≡ 456 ⋅ 281 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631
128136 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631 ≡ 43 ⋅ 558 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631
23994 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631 ≡ 16 ⋅ 543 ⋅ 375 mod 631
8688 ⋅ 375 mod 631 ≡ 485 ⋅ 375 mod 631
181875 mod 631 ≡ 147 mod 631

Es gilt also: 375251 ≡ 147 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 77.

Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 77

=>83 = 1⋅77 + 6
=>77 = 12⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,77)=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= 6-1⋅5
5= 77-12⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(77 -12⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅77 +12⋅ 6)
= -1⋅77 +13⋅ 6 (=1)
6= 83-1⋅77 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅77 +13⋅(83 -1⋅ 77)
= -1⋅77 +13⋅83 -13⋅ 77)
= 13⋅83 -14⋅ 77 (=1)

Es gilt also: ggt(83,77)=1 = 13⋅83 -14⋅77

oder wenn man 13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅83 = -14⋅77

-14⋅77 = -13⋅83 + 1 |+83⋅77

-14⋅77 + 83⋅77 = -13⋅83 + 83⋅77 + 1

(-14 + 83) ⋅ 77 = (-13 + 77) ⋅ 83 + 1

69⋅77 = 64⋅83 + 1

Es gilt also: 69⋅77 = 64⋅83 +1

Somit 69⋅77 = 1 mod 83

69 ist also das Inverse von 77 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.