Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1797 + 2397) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1797 + 2397) mod 6 ≡ (1797 mod 6 + 2397 mod 6) mod 6.

1797 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797 = 1800-3 = 6 ⋅ 300 -3 = 6 ⋅ 300 - 6 + 3.

2397 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2397 = 2400-3 = 6 ⋅ 400 -3 = 6 ⋅ 400 - 6 + 3.

Somit gilt:

(1797 + 2397) mod 6 ≡ (3 + 3) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 28) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 ⋅ 28) mod 7 ≡ (41 mod 7 ⋅ 28 mod 7) mod 7.

41 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 35 + 6 = 5 ⋅ 7 + 6 ist.

28 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 4 ⋅ 7 + 0 ist.

Somit gilt:

(41 ⋅ 28) mod 7 ≡ (6 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 4118 mod 631.

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. 411 -> x
2. mod(x²,631) -> 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: 4111=411

2: 4112=4111+1=4111⋅4111 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 444 mod 631

4: 4114=4112+2=4112⋅4112 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 264 mod 631

8: 4118=4114+4=4114⋅4114 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 286 mod 631

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 118235 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 235 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 235 an und zerlegen 235 in eine Summer von 2er-Potenzen:

235 = 128+64+32+8+2+1

1: 1181=118

2: 1182=1181+1=1181⋅1181 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 282 mod 359

4: 1184=1182+2=1182⋅1182 ≡ 282⋅282=79524 ≡ 185 mod 359

8: 1188=1184+4=1184⋅1184 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 120 mod 359

16: 11816=1188+8=1188⋅1188 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 40 mod 359

32: 11832=11816+16=11816⋅11816 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 164 mod 359

64: 11864=11832+32=11832⋅11832 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 330 mod 359

128: 118128=11864+64=11864⋅11864 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 123 mod 359

118235

= 118128+64+32+8+2+1

= 118128⋅11864⋅11832⋅1188⋅1182⋅1181

123 ⋅ 330 ⋅ 164 ⋅ 120 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359
40590 ⋅ 164 ⋅ 120 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359 ≡ 23 ⋅ 164 ⋅ 120 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359
3772 ⋅ 120 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359 ≡ 182 ⋅ 120 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359
21840 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359 ≡ 300 ⋅ 282 ⋅ 118 mod 359
84600 ⋅ 118 mod 359 ≡ 235 ⋅ 118 mod 359
27730 mod 359 ≡ 87 mod 359

Es gilt also: 118235 ≡ 87 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 31

=>101 = 3⋅31 + 8
=>31 = 3⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,31)=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= 31-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8)
= -1⋅31 +4⋅ 8 (=1)
8= 101-3⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +4⋅(101 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅101 -12⋅ 31)
= 4⋅101 -13⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(101,31)=1 = 4⋅101 -13⋅31

oder wenn man 4⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅101 = -13⋅31

-13⋅31 = -4⋅101 + 1 |+101⋅31

-13⋅31 + 101⋅31 = -4⋅101 + 101⋅31 + 1

(-13 + 101) ⋅ 31 = (-4 + 31) ⋅ 101 + 1

88⋅31 = 27⋅101 + 1

Es gilt also: 88⋅31 = 27⋅101 +1

Somit 88⋅31 = 1 mod 101

88 ist also das Inverse von 31 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.