Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36004 + 352) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36004 + 352) mod 9 ≡ (36004 mod 9 + 352 mod 9) mod 9.

36004 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36004 = 36000+4 = 9 ⋅ 4000 +4.

352 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 352 = 360-8 = 9 ⋅ 40 -8 = 9 ⋅ 40 - 9 + 1.

Somit gilt:

(36004 + 352) mod 9 ≡ (4 + 1) mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 62) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 62) mod 4 ≡ (74 mod 4 ⋅ 62 mod 4) mod 4.

74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.

62 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 15 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 62) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 740128 mod 953.

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. 740 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 7401=740

2: 7402=7401+1=7401⋅7401 ≡ 740⋅740=547600 ≡ 578 mod 953

4: 7404=7402+2=7402⋅7402 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 534 mod 953

8: 7408=7404+4=7404⋅7404 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 209 mod 953

16: 74016=7408+8=7408⋅7408 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 796 mod 953

32: 74032=74016+16=74016⋅74016 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 824 mod 953

64: 74064=74032+32=74032⋅74032 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 440 mod 953

128: 740128=74064+64=74064⋅74064 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 141 mod 953

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 96102 mod 211.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 102 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 102 an und zerlegen 102 in eine Summer von 2er-Potenzen:

102 = 64+32+4+2

1: 961=96

2: 962=961+1=961⋅961 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 143 mod 211

4: 964=962+2=962⋅962 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 193 mod 211

8: 968=964+4=964⋅964 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 113 mod 211

16: 9616=968+8=968⋅968 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 109 mod 211

32: 9632=9616+16=9616⋅9616 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 65 mod 211

64: 9664=9632+32=9632⋅9632 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 5 mod 211

96102

= 9664+32+4+2

= 9664⋅9632⋅964⋅962

≡ 5 ⋅ 65 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211
≡ 325 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211 ≡ 114 ⋅ 193 ⋅ 143 mod 211
≡ 22002 ⋅ 143 mod 211 ≡ 58 ⋅ 143 mod 211
≡ 8294 mod 211 ≡ 65 mod 211

Es gilt also: 96102 ≡ 65 mod 211

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48

=>71 = 1⋅48 + 23
=>48 = 2⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2
2= 48-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23)
= -11⋅48 +23⋅ 23 (=1)
23= 71-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48)
= 23⋅71 -34⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48

oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -23⋅71 = -34⋅48

-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48

-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1

(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1

37⋅48 = 25⋅71 + 1

Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1

Somit 37⋅48 = 1 mod 71

37 ist also das Inverse von 48 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.