Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (325 + 15995) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(325 + 15995) mod 8 ≡ (325 mod 8 + 15995 mod 8) mod 8.

325 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 325 = 320+5 = 8 ⋅ 40 +5.

15995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15995 = 15000+995 = 8 ⋅ 1875 +995.

Somit gilt:

(325 + 15995) mod 8 ≡ (5 + 3) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 89) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17 ⋅ 89) mod 7 ≡ (17 mod 7 ⋅ 89 mod 7) mod 7.

17 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 14 + 3 = 2 ⋅ 7 + 3 ist.

89 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 84 + 5 = 12 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(17 ⋅ 89) mod 7 ≡ (3 ⋅ 5) mod 7 ≡ 15 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48932 mod 919.

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. 489 -> x
2. mod(x²,919) -> 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: 4891=489

2: 4892=4891+1=4891⋅4891 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 181 mod 919

4: 4894=4892+2=4892⋅4892 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 596 mod 919

8: 4898=4894+4=4894⋅4894 ≡ 596⋅596=355216 ≡ 482 mod 919

16: 48916=4898+8=4898⋅4898 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 736 mod 919

32: 48932=48916+16=48916⋅48916 ≡ 736⋅736=541696 ≡ 405 mod 919

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 133194 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 194 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 194 an und zerlegen 194 in eine Summer von 2er-Potenzen:

194 = 128+64+2

1: 1331=133

2: 1332=1331+1=1331⋅1331 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 18 mod 431

4: 1334=1332+2=1332⋅1332 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 431

8: 1338=1334+4=1334⋅1334 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 243 mod 431

16: 13316=1338+8=1338⋅1338 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 2 mod 431

32: 13332=13316+16=13316⋅13316 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 431

64: 13364=13332+32=13332⋅13332 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 431

128: 133128=13364+64=13364⋅13364 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 431

133194

= 133128+64+2

= 133128⋅13364⋅1332

256 ⋅ 16 ⋅ 18 mod 431
4096 ⋅ 18 mod 431 ≡ 217 ⋅ 18 mod 431
3906 mod 431 ≡ 27 mod 431

Es gilt also: 133194 ≡ 27 mod 431

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 = 67 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.