Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (327 - 40003) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(327 - 40003) mod 8 ≡ (327 mod 8 - 40003 mod 8) mod 8.

327 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 327 = 320+7 = 8 ⋅ 40 +7.

40003 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40003 = 40000+3 = 8 ⋅ 5000 +3.

Somit gilt:

(327 - 40003) mod 8 ≡ (7 - 3) mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (75 ⋅ 70) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(75 ⋅ 70) mod 8 ≡ (75 mod 8 ⋅ 70 mod 8) mod 8.

75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 9 ⋅ 8 + 3 ist.

70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(75 ⋅ 70) mod 8 ≡ (3 ⋅ 6) mod 8 ≡ 18 mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1438 mod 229.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 143 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 1431=143

2: 1432=1431+1=1431⋅1431 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 68 mod 229

4: 1434=1432+2=1432⋅1432 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 44 mod 229

8: 1438=1434+4=1434⋅1434 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 104 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59079 mod 619.

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: 5901=590

2: 5902=5901+1=5901⋅5901 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 222 mod 619

4: 5904=5902+2=5902⋅5902 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 383 mod 619

8: 5908=5904+4=5904⋅5904 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 605 mod 619

16: 59016=5908+8=5908⋅5908 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 196 mod 619

32: 59032=59016+16=59016⋅59016 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 38 mod 619

64: 59064=59032+32=59032⋅59032 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 206 mod 619

59079

= 59064+8+4+2+1

= 59064⋅5908⋅5904⋅5902⋅5901

206 ⋅ 605 ⋅ 383 ⋅ 222 ⋅ 590 mod 619
124630 ⋅ 383 ⋅ 222 ⋅ 590 mod 619 ≡ 211 ⋅ 383 ⋅ 222 ⋅ 590 mod 619
80813 ⋅ 222 ⋅ 590 mod 619 ≡ 343 ⋅ 222 ⋅ 590 mod 619
76146 ⋅ 590 mod 619 ≡ 9 ⋅ 590 mod 619
5310 mod 619 ≡ 358 mod 619

Es gilt also: 59079 ≡ 358 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 95.

Also bestimme x, so dass 95 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 95

=>101 = 1⋅95 + 6
=>95 = 15⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,95)=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= 95-15⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(95 -15⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅95 +15⋅ 6)
= -1⋅95 +16⋅ 6 (=1)
6= 101-1⋅95 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅95 +16⋅(101 -1⋅ 95)
= -1⋅95 +16⋅101 -16⋅ 95)
= 16⋅101 -17⋅ 95 (=1)

Es gilt also: ggt(101,95)=1 = 16⋅101 -17⋅95

oder wenn man 16⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅101 = -17⋅95

-17⋅95 = -16⋅101 + 1 |+101⋅95

-17⋅95 + 101⋅95 = -16⋅101 + 101⋅95 + 1

(-17 + 101) ⋅ 95 = (-16 + 95) ⋅ 101 + 1

84⋅95 = 79⋅101 + 1

Es gilt also: 84⋅95 = 79⋅101 +1

Somit 84⋅95 = 1 mod 101

84 ist also das Inverse von 95 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.