Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5997 + 300) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5997 + 300) mod 3 ≡ (5997 mod 3 + 300 mod 3) mod 3.

5997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5997 = 6000-3 = 3 ⋅ 2000 -3 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 0.

300 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300 = 300+0 = 3 ⋅ 100 +0.

Somit gilt:

(5997 + 300) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 71) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 71) mod 10 ≡ (31 mod 10 ⋅ 71 mod 10) mod 10.

31 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 3 ⋅ 10 + 1 ist.

71 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 7 ⋅ 10 + 1 ist.

Somit gilt:

(31 ⋅ 71) mod 10 ≡ (1 ⋅ 1) mod 10 ≡ 1 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 73832 mod 971.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 738 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 7381=738

2: 7382=7381+1=7381⋅7381 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 884 mod 971

4: 7384=7382+2=7382⋅7382 ≡ 884⋅884=781456 ≡ 772 mod 971

8: 7388=7384+4=7384⋅7384 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 761 mod 971

16: 73816=7388+8=7388⋅7388 ≡ 761⋅761=579121 ≡ 405 mod 971

32: 73832=73816+16=73816⋅73816 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 897 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 301183 mod 941.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 3011=301

2: 3012=3011+1=3011⋅3011 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 265 mod 941

4: 3014=3012+2=3012⋅3012 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 591 mod 941

8: 3018=3014+4=3014⋅3014 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 170 mod 941

16: 30116=3018+8=3018⋅3018 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 670 mod 941

32: 30132=30116+16=30116⋅30116 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 43 mod 941

64: 30164=30132+32=30132⋅30132 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 908 mod 941

128: 301128=30164+64=30164⋅30164 ≡ 908⋅908=824464 ≡ 148 mod 941

301183

= 301128+32+16+4+2+1

= 301128⋅30132⋅30116⋅3014⋅3012⋅3011

148 ⋅ 43 ⋅ 670 ⋅ 591 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941
6364 ⋅ 670 ⋅ 591 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941 ≡ 718 ⋅ 670 ⋅ 591 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941
481060 ⋅ 591 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941 ≡ 209 ⋅ 591 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941
123519 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941 ≡ 248 ⋅ 265 ⋅ 301 mod 941
65720 ⋅ 301 mod 941 ≡ 791 ⋅ 301 mod 941
238091 mod 941 ≡ 18 mod 941

Es gilt also: 301183 ≡ 18 mod 941

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 25

=>61 = 2⋅25 + 11
=>25 = 2⋅11 + 3
=>11 = 3⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,25)=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= 3-1⋅2
2= 11-3⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(11 -3⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅11 +3⋅ 3)
= -1⋅11 +4⋅ 3 (=1)
3= 25-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +4⋅(25 -2⋅ 11)
= -1⋅11 +4⋅25 -8⋅ 11)
= 4⋅25 -9⋅ 11 (=1)
11= 61-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅25 -9⋅(61 -2⋅ 25)
= 4⋅25 -9⋅61 +18⋅ 25)
= -9⋅61 +22⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(61,25)=1 = -9⋅61 +22⋅25

oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅61 = +22⋅25

Es gilt also: 22⋅25 = 9⋅61 +1

Somit 22⋅25 = 1 mod 61

22 ist also das Inverse von 25 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.