Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2700 - 4498) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2700 - 4498) mod 9 ≡ (2700 mod 9 - 4498 mod 9) mod 9.

2700 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2700 = 2700+0 = 9 ⋅ 300 +0.

4498 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4498 = 4500-2 = 9 ⋅ 500 -2 = 9 ⋅ 500 - 9 + 7.

Somit gilt:

(2700 - 4498) mod 9 ≡ (0 - 7) mod 9 ≡ -7 mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 42) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(81 ⋅ 42) mod 6 ≡ (81 mod 6 ⋅ 42 mod 6) mod 6.

81 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 78 + 3 = 13 ⋅ 6 + 3 ist.

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

Somit gilt:

(81 ⋅ 42) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 33764 mod 397.

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. 337 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3371=337

2: 3372=3371+1=3371⋅3371 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 27 mod 397

4: 3374=3372+2=3372⋅3372 ≡ 27⋅27=729 ≡ 332 mod 397

8: 3378=3374+4=3374⋅3374 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 255 mod 397

16: 33716=3378+8=3378⋅3378 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 314 mod 397

32: 33732=33716+16=33716⋅33716 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 140 mod 397

64: 33764=33732+32=33732⋅33732 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 147 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40485 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 85 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 85 an und zerlegen 85 in eine Summer von 2er-Potenzen:

85 = 64+16+4+1

1: 4041=404

2: 4042=4041+1=4041⋅4041 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 461 mod 757

4: 4044=4042+2=4042⋅4042 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 561 mod 757

8: 4048=4044+4=4044⋅4044 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 566 mod 757

16: 40416=4048+8=4048⋅4048 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 145 mod 757

32: 40432=40416+16=40416⋅40416 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 586 mod 757

64: 40464=40432+32=40432⋅40432 ≡ 586⋅586=343396 ≡ 475 mod 757

40485

= 40464+16+4+1

= 40464⋅40416⋅4044⋅4041

475 ⋅ 145 ⋅ 561 ⋅ 404 mod 757
68875 ⋅ 561 ⋅ 404 mod 757 ≡ 745 ⋅ 561 ⋅ 404 mod 757
417945 ⋅ 404 mod 757 ≡ 81 ⋅ 404 mod 757
32724 mod 757 ≡ 173 mod 757

Es gilt also: 40485 ≡ 173 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38

=>73 = 1⋅38 + 35
=>38 = 1⋅35 + 3
=>35 = 11⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,38)=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= 3-1⋅2
2= 35-11⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3)
= -1⋅35 +12⋅ 3 (=1)
3= 38-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35)
= 12⋅38 -13⋅ 35 (=1)
35= 73-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38)
= -13⋅73 +25⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +25⋅38

Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1

Somit 25⋅38 = 1 mod 73

25 ist also das Inverse von 38 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.