Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (86 + 174) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(86 + 174) mod 9 ≡ (86 mod 9 + 174 mod 9) mod 9.

86 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 90-4 = 9 ⋅ 10 -4 = 9 ⋅ 10 - 9 + 5.

174 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174 = 180-6 = 9 ⋅ 20 -6 = 9 ⋅ 20 - 9 + 3.

Somit gilt:

(86 + 174) mod 9 ≡ (5 + 3) mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 96) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 96) mod 7 ≡ (38 mod 7 ⋅ 96 mod 7) mod 7.

38 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 35 + 3 = 5 ⋅ 7 + 3 ist.

96 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 91 + 5 = 13 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 96) mod 7 ≡ (3 ⋅ 5) mod 7 ≡ 15 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32916 mod 491.

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. 329 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 3291=329

2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 221 mod 491

4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 232 mod 491

8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 305 mod 491

16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 226 mod 491

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 596202 mod 919.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 202 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 202 an und zerlegen 202 in eine Summer von 2er-Potenzen:

202 = 128+64+8+2

1: 5961=596

2: 5962=5961+1=5961⋅5961 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 482 mod 919

4: 5964=5962+2=5962⋅5962 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 736 mod 919

8: 5968=5964+4=5964⋅5964 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 405 mod 919

16: 59616=5968+8=5968⋅5968 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 443 mod 919

32: 59632=59616+16=59616⋅59616 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 502 mod 919

64: 59664=59632+32=59632⋅59632 ≡ 502⋅502=252004 ≡ 198 mod 919

128: 596128=59664+64=59664⋅59664 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 606 mod 919

596202

= 596128+64+8+2

= 596128⋅59664⋅5968⋅5962

606 ⋅ 198 ⋅ 405 ⋅ 482 mod 919
119988 ⋅ 405 ⋅ 482 mod 919 ≡ 518 ⋅ 405 ⋅ 482 mod 919
209790 ⋅ 482 mod 919 ≡ 258 ⋅ 482 mod 919
124356 mod 919 ≡ 291 mod 919

Es gilt also: 596202 ≡ 291 mod 919

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 24

=>61 = 2⋅24 + 13
=>24 = 1⋅13 + 11
=>13 = 1⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,24)=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= 11-5⋅2
2= 13-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11)
= -5⋅13 +6⋅ 11 (=1)
11= 24-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅13 +6⋅(24 -1⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅24 -6⋅ 13)
= 6⋅24 -11⋅ 13 (=1)
13= 61-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅24 -11⋅(61 -2⋅ 24)
= 6⋅24 -11⋅61 +22⋅ 24)
= -11⋅61 +28⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(61,24)=1 = -11⋅61 +28⋅24

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +28⋅24

Es gilt also: 28⋅24 = 11⋅61 +1

Somit 28⋅24 = 1 mod 61

28 ist also das Inverse von 24 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.