Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4004 - 804) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4004 - 804) mod 4 ≡ (4004 mod 4 - 804 mod 4) mod 4.

4004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4004 = 4000+4 = 4 ⋅ 1000 +4.

804 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 804 = 800+4 = 4 ⋅ 200 +4.

Somit gilt:

(4004 - 804) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 34) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 34) mod 3 ≡ (21 mod 3 ⋅ 34 mod 3) mod 3.

21 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 21 + 0 = 7 ⋅ 3 + 0 ist.

34 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 11 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 34) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14064 mod 383.

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. 140 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 1401=140

2: 1402=1401+1=1401⋅1401 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 67 mod 383

4: 1404=1402+2=1402⋅1402 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 276 mod 383

8: 1408=1404+4=1404⋅1404 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 342 mod 383

16: 14016=1408+8=1408⋅1408 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 149 mod 383

32: 14032=14016+16=14016⋅14016 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 370 mod 383

64: 14064=14032+32=14032⋅14032 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 169 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 47067 mod 487.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 67 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 67 an und zerlegen 67 in eine Summer von 2er-Potenzen:

67 = 64+2+1

1: 4701=470

2: 4702=4701+1=4701⋅4701 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 289 mod 487

4: 4704=4702+2=4702⋅4702 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 244 mod 487

8: 4708=4704+4=4704⋅4704 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 122 mod 487

16: 47016=4708+8=4708⋅4708 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 274 mod 487

32: 47032=47016+16=47016⋅47016 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 78 mod 487

64: 47064=47032+32=47032⋅47032 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 240 mod 487

47067

= 47064+2+1

= 47064⋅4702⋅4701

240 ⋅ 289 ⋅ 470 mod 487
69360 ⋅ 470 mod 487 ≡ 206 ⋅ 470 mod 487
96820 mod 487 ≡ 394 mod 487

Es gilt also: 47067 ≡ 394 mod 487

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 71.

Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 71

=>79 = 1⋅71 + 8
=>71 = 8⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,71)=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= 8-1⋅7
7= 71-8⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(71 -8⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅71 +8⋅ 8)
= -1⋅71 +9⋅ 8 (=1)
8= 79-1⋅71 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅71 +9⋅(79 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +9⋅79 -9⋅ 71)
= 9⋅79 -10⋅ 71 (=1)

Es gilt also: ggt(79,71)=1 = 9⋅79 -10⋅71

oder wenn man 9⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅79 = -10⋅71

-10⋅71 = -9⋅79 + 1 |+79⋅71

-10⋅71 + 79⋅71 = -9⋅79 + 79⋅71 + 1

(-10 + 79) ⋅ 71 = (-9 + 71) ⋅ 79 + 1

69⋅71 = 62⋅79 + 1

Es gilt also: 69⋅71 = 62⋅79 +1

Somit 69⋅71 = 1 mod 79

69 ist also das Inverse von 71 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.