Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2497 + 253) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2497 + 253) mod 5 ≡ (2497 mod 5 + 253 mod 5) mod 5.

2497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2497 = 2400+97 = 5 ⋅ 480 +97.

253 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 253 = 250+3 = 5 ⋅ 50 +3.

Somit gilt:

(2497 + 253) mod 5 ≡ (2 + 3) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 87) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 87) mod 8 ≡ (90 mod 8 ⋅ 87 mod 8) mod 8.

90 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 88 + 2 = 11 ⋅ 8 + 2 ist.

87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 87) mod 8 ≡ (2 ⋅ 7) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 84332 mod 881.

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. 843 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 8431=843

2: 8432=8431+1=8431⋅8431 ≡ 843⋅843=710649 ≡ 563 mod 881

4: 8434=8432+2=8432⋅8432 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 690 mod 881

8: 8438=8434+4=8434⋅8434 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 360 mod 881

16: 84316=8438+8=8438⋅8438 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 93 mod 881

32: 84332=84316+16=84316⋅84316 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 720 mod 881

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 157252 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:

252 = 128+64+32+16+8+4

1: 1571=157

2: 1572=1571+1=1571⋅1571 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 170 mod 269

4: 1574=1572+2=1572⋅1572 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 117 mod 269

8: 1578=1574+4=1574⋅1574 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 239 mod 269

16: 15716=1578+8=1578⋅1578 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 93 mod 269

32: 15732=15716+16=15716⋅15716 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 41 mod 269

64: 15764=15732+32=15732⋅15732 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 67 mod 269

128: 157128=15764+64=15764⋅15764 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 185 mod 269

157252

= 157128+64+32+16+8+4

= 157128⋅15764⋅15732⋅15716⋅1578⋅1574

≡ 185 ⋅ 67 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 12395 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 21 ⋅ 41 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 861 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 54 ⋅ 93 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 5022 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269 ≡ 180 ⋅ 239 ⋅ 117 mod 269
≡ 43020 ⋅ 117 mod 269 ≡ 249 ⋅ 117 mod 269
≡ 29133 mod 269 ≡ 81 mod 269

Es gilt also: 157252 ≡ 81 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 82.

Also bestimme x, so dass 82 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 82

=>101 = 1⋅82 + 19
=>82 = 4⋅19 + 6
=>19 = 3⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,82)=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= 19-3⋅6
6= 82-4⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -3⋅(82 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -3⋅82 +12⋅ 19)
= -3⋅82 +13⋅ 19 (=1)
19= 101-1⋅82 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅82 +13⋅(101 -1⋅ 82)
= -3⋅82 +13⋅101 -13⋅ 82)
= 13⋅101 -16⋅ 82 (=1)

Es gilt also: ggt(101,82)=1 = 13⋅101 -16⋅82

oder wenn man 13⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅101 = -16⋅82

-16⋅82 = -13⋅101 + 1 |+101⋅82

-16⋅82 + 101⋅82 = -13⋅101 + 101⋅82 + 1

(-16 + 101) ⋅ 82 = (-13 + 82) ⋅ 101 + 1

85⋅82 = 69⋅101 + 1

Es gilt also: 85⋅82 = 69⋅101 +1

Somit 85⋅82 = 1 mod 101

85 ist also das Inverse von 82 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.