Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (453 + 36000) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(453 + 36000) mod 9 ≡ (453 mod 9 + 36000 mod 9) mod 9.

453 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 453 = 450+3 = 9 ⋅ 50 +3.

36000 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36000 = 36000+0 = 9 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(453 + 36000) mod 9 ≡ (3 + 0) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 15) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 15) mod 7 ≡ (83 mod 7 ⋅ 15 mod 7) mod 7.

83 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 11 ⋅ 7 + 6 ist.

15 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 14 + 1 = 2 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 15) mod 7 ≡ (6 ⋅ 1) mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56416 mod 709.

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. 564 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 5641=564

2: 5642=5641+1=5641⋅5641 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 464 mod 709

4: 5644=5642+2=5642⋅5642 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 469 mod 709

8: 5648=5644+4=5644⋅5644 ≡ 469⋅469=219961 ≡ 171 mod 709

16: 56416=5648+8=5648⋅5648 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 172 mod 709

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 173104 mod 317.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 104 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 104 an und zerlegen 104 in eine Summer von 2er-Potenzen:

104 = 64+32+8

1: 1731=173

2: 1732=1731+1=1731⋅1731 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 131 mod 317

4: 1734=1732+2=1732⋅1732 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 43 mod 317

8: 1738=1734+4=1734⋅1734 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 264 mod 317

16: 17316=1738+8=1738⋅1738 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 273 mod 317

32: 17332=17316+16=17316⋅17316 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 34 mod 317

64: 17364=17332+32=17332⋅17332 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 205 mod 317

173104

= 17364+32+8

= 17364⋅17332⋅1738

205 ⋅ 34 ⋅ 264 mod 317
6970 ⋅ 264 mod 317 ≡ 313 ⋅ 264 mod 317
82632 mod 317 ≡ 212 mod 317

Es gilt also: 173104 ≡ 212 mod 317

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 30

=>73 = 2⋅30 + 13
=>30 = 2⋅13 + 4
=>13 = 3⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,30)=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= 13-3⋅4
4= 30-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13)
= -3⋅30 +7⋅ 13 (=1)
13= 73-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +7⋅(73 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅73 -14⋅ 30)
= 7⋅73 -17⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(73,30)=1 = 7⋅73 -17⋅30

oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅73 = -17⋅30

-17⋅30 = -7⋅73 + 1 |+73⋅30

-17⋅30 + 73⋅30 = -7⋅73 + 73⋅30 + 1

(-17 + 73) ⋅ 30 = (-7 + 30) ⋅ 73 + 1

56⋅30 = 23⋅73 + 1

Es gilt also: 56⋅30 = 23⋅73 +1

Somit 56⋅30 = 1 mod 73

56 ist also das Inverse von 30 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.