Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 + 803) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 + 803) mod 4 ≡ (79 mod 4 + 803 mod 4) mod 4.

79 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 80-1 = 4 ⋅ 20 -1 = 4 ⋅ 20 - 4 + 3.

803 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 803 = 800+3 = 4 ⋅ 200 +3.

Somit gilt:

(79 + 803) mod 4 ≡ (3 + 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 78) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 78) mod 3 ≡ (23 mod 3 ⋅ 78 mod 3) mod 3.

23 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 7 ⋅ 3 + 2 ist.

78 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 78 + 0 = 26 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 78) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34432 mod 941.

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. 344 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 3441=344

2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 711 mod 941

4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 204 mod 941

8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 212 mod 941

16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 717 mod 941

32: 34432=34416+16=34416⋅34416 ≡ 717⋅717=514089 ≡ 303 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 214154 mod 271.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 154 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 154 an und zerlegen 154 in eine Summer von 2er-Potenzen:

154 = 128+16+8+2

1: 2141=214

2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 268 mod 271

4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 9 mod 271

8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 271

16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 57 mod 271

32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 268 mod 271

64: 21464=21432+32=21432⋅21432 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 9 mod 271

128: 214128=21464+64=21464⋅21464 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 271

214154

= 214128+16+8+2

= 214128⋅21416⋅2148⋅2142

≡ 81 ⋅ 57 ⋅ 81 ⋅ 268 mod 271
≡ 4617 ⋅ 81 ⋅ 268 mod 271 ≡ 10 ⋅ 81 ⋅ 268 mod 271
≡ 810 ⋅ 268 mod 271 ≡ 268 ⋅ 268 mod 271
≡ 71824 mod 271 ≡ 9 mod 271

Es gilt also: 214154 ≡ 9 mod 271

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 33

=>97 = 2⋅33 + 31
=>33 = 1⋅31 + 2
=>31 = 15⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,33)=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= 31-15⋅2
2= 33-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅31 -15⋅(33 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -15⋅33 +15⋅ 31)
= -15⋅33 +16⋅ 31 (=1)
31= 97-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -15⋅33 +16⋅(97 -2⋅ 33)
= -15⋅33 +16⋅97 -32⋅ 33)
= 16⋅97 -47⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(97,33)=1 = 16⋅97 -47⋅33

oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅97 = -47⋅33

-47⋅33 = -16⋅97 + 1 |+97⋅33

-47⋅33 + 97⋅33 = -16⋅97 + 97⋅33 + 1

(-47 + 97) ⋅ 33 = (-16 + 33) ⋅ 97 + 1

50⋅33 = 17⋅97 + 1

Es gilt also: 50⋅33 = 17⋅97 +1

Somit 50⋅33 = 1 mod 97

50 ist also das Inverse von 33 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.