Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (304 - 177) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(304 - 177) mod 6 ≡ (304 mod 6 - 177 mod 6) mod 6.

304 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 304 = 300+4 = 6 ⋅ 50 +4.

177 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177 = 180-3 = 6 ⋅ 30 -3 = 6 ⋅ 30 - 6 + 3.

Somit gilt:

(304 - 177) mod 6 ≡ (4 - 3) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 90) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16 ⋅ 90) mod 7 ≡ (16 mod 7 ⋅ 90 mod 7) mod 7.

16 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 14 + 2 = 2 ⋅ 7 + 2 ist.

90 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 84 + 6 = 12 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(16 ⋅ 90) mod 7 ≡ (2 ⋅ 6) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 441128 mod 563.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 441 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 4411=441

2: 4412=4411+1=4411⋅4411 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 246 mod 563

4: 4414=4412+2=4412⋅4412 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 275 mod 563

8: 4418=4414+4=4414⋅4414 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 183 mod 563

16: 44116=4418+8=4418⋅4418 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 272 mod 563

32: 44132=44116+16=44116⋅44116 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 231 mod 563

64: 44164=44132+32=44132⋅44132 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 439 mod 563

128: 441128=44164+64=44164⋅44164 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 175 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 274201 mod 317.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 2741=274

2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 264 mod 317

4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 273 mod 317

8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 34 mod 317

16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 205 mod 317

32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 181 mod 317

64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 110 mod 317

128: 274128=27464+64=27464⋅27464 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 54 mod 317

274201

= 274128+64+8+1

= 274128⋅27464⋅2748⋅2741

54 ⋅ 110 ⋅ 34 ⋅ 274 mod 317
5940 ⋅ 34 ⋅ 274 mod 317 ≡ 234 ⋅ 34 ⋅ 274 mod 317
7956 ⋅ 274 mod 317 ≡ 31 ⋅ 274 mod 317
8494 mod 317 ≡ 252 mod 317

Es gilt also: 274201 ≡ 252 mod 317

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 47

=>101 = 2⋅47 + 7
=>47 = 6⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,47)=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= 5-2⋅2
2= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 47-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(47 -6⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅47 -18⋅ 7)
= 3⋅47 -20⋅ 7 (=1)
7= 101-2⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅47 -20⋅(101 -2⋅ 47)
= 3⋅47 -20⋅101 +40⋅ 47)
= -20⋅101 +43⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(101,47)=1 = -20⋅101 +43⋅47

oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅101 = +43⋅47

Es gilt also: 43⋅47 = 20⋅101 +1

Somit 43⋅47 = 1 mod 101

43 ist also das Inverse von 47 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.