Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1200 - 183) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1200 - 183) mod 6 ≡ (1200 mod 6 - 183 mod 6) mod 6.

1200 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 6 ⋅ 200 +0.

183 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 183 = 180+3 = 6 ⋅ 30 +3.

Somit gilt:

(1200 - 183) mod 6 ≡ (0 - 3) mod 6 ≡ -3 mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 46) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 ⋅ 46) mod 11 ≡ (41 mod 11 ⋅ 46 mod 11) mod 11.

41 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 33 + 8 = 3 ⋅ 11 + 8 ist.

46 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 4 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(41 ⋅ 46) mod 11 ≡ (8 ⋅ 2) mod 11 ≡ 16 mod 11 ≡ 5 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 70664 mod 977.

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. 706 -> x
2. mod(x²,977) -> 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: 7061=706

2: 7062=7061+1=7061⋅7061 ≡ 706⋅706=498436 ≡ 166 mod 977

4: 7064=7062+2=7062⋅7062 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 200 mod 977

8: 7068=7064+4=7064⋅7064 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 920 mod 977

16: 70616=7068+8=7068⋅7068 ≡ 920⋅920=846400 ≡ 318 mod 977

32: 70632=70616+16=70616⋅70616 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 493 mod 977

64: 70664=70632+32=70632⋅70632 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 753 mod 977

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 103225 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:

225 = 128+64+32+1

1: 1031=103

2: 1032=1031+1=1031⋅1031 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 5 mod 241

4: 1034=1032+2=1032⋅1032 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 241

8: 1038=1034+4=1034⋅1034 ≡ 25⋅25=625 ≡ 143 mod 241

16: 10316=1038+8=1038⋅1038 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 205 mod 241

32: 10332=10316+16=10316⋅10316 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 91 mod 241

64: 10364=10332+32=10332⋅10332 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241

128: 103128=10364+64=10364⋅10364 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241

103225

= 103128+64+32+1

= 103128⋅10364⋅10332⋅1031

98 ⋅ 87 ⋅ 91 ⋅ 103 mod 241
8526 ⋅ 91 ⋅ 103 mod 241 ≡ 91 ⋅ 91 ⋅ 103 mod 241
8281 ⋅ 103 mod 241 ≡ 87 ⋅ 103 mod 241
8961 mod 241 ≡ 44 mod 241

Es gilt also: 103225 ≡ 44 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 55

=>83 = 1⋅55 + 28
=>55 = 1⋅28 + 27
=>28 = 1⋅27 + 1
=>27 = 27⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,55)=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= 28-1⋅27
27= 55-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅28 -1⋅(55 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -1⋅55 +1⋅ 28)
= -1⋅55 +2⋅ 28 (=1)
28= 83-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅55 +2⋅(83 -1⋅ 55)
= -1⋅55 +2⋅83 -2⋅ 55)
= 2⋅83 -3⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(83,55)=1 = 2⋅83 -3⋅55

oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅83 = -3⋅55

-3⋅55 = -2⋅83 + 1 |+83⋅55

-3⋅55 + 83⋅55 = -2⋅83 + 83⋅55 + 1

(-3 + 83) ⋅ 55 = (-2 + 55) ⋅ 83 + 1

80⋅55 = 53⋅83 + 1

Es gilt also: 80⋅55 = 53⋅83 +1

Somit 80⋅55 = 1 mod 83

80 ist also das Inverse von 55 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.