Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (174 + 1802) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(174 + 1802) mod 6 ≡ (174 mod 6 + 1802 mod 6) mod 6.

174 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174 = 180-6 = 6 ⋅ 30 -6 = 6 ⋅ 30 - 6 + 0.

1802 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802 = 1800+2 = 6 ⋅ 300 +2.

Somit gilt:

(174 + 1802) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 99) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (36 mod 5 ⋅ 99 mod 5) mod 5.

36 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 7 ⋅ 5 + 1 ist.

99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 95 + 4 = 19 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9464 mod 311.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 94 -> x
2. mod(x²,311) -> 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: 941=94

2: 942=941+1=941⋅941 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 128 mod 311

4: 944=942+2=942⋅942 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 212 mod 311

8: 948=944+4=944⋅944 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 160 mod 311

16: 9416=948+8=948⋅948 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 98 mod 311

32: 9432=9416+16=9416⋅9416 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 274 mod 311

64: 9464=9432+32=9432⋅9432 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 125 mod 311

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 404103 mod 673.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:

103 = 64+32+4+2+1

1: 4041=404

2: 4042=4041+1=4041⋅4041 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 350 mod 673

4: 4044=4042+2=4042⋅4042 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 14 mod 673

8: 4048=4044+4=4044⋅4044 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 673

16: 40416=4048+8=4048⋅4048 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 55 mod 673

32: 40432=40416+16=40416⋅40416 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 333 mod 673

64: 40464=40432+32=40432⋅40432 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 517 mod 673

404103

= 40464+32+4+2+1

= 40464⋅40432⋅4044⋅4042⋅4041

517 ⋅ 333 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
172161 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 546 ⋅ 14 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
7644 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 241 ⋅ 350 ⋅ 404 mod 673
84350 ⋅ 404 mod 673 ≡ 225 ⋅ 404 mod 673
90900 mod 673 ≡ 45 mod 673

Es gilt also: 404103 ≡ 45 mod 673

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.

Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67

=>101 = 1⋅67 + 34
=>67 = 1⋅34 + 33
=>34 = 1⋅33 + 1
=>33 = 33⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33
33= 67-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34)
= -1⋅67 +2⋅ 34 (=1)
34= 101-1⋅67 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67)
= 2⋅101 -3⋅ 67 (=1)

Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67

oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅101 = -3⋅67

-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67

-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1

(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1

98⋅67 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1

Somit 98⋅67 = 1 mod 101

98 ist also das Inverse von 67 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.