Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27 - 8999) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27 - 8999) mod 3 ≡ (27 mod 3 - 8999 mod 3) mod 3.

27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 30-3 = 3 ⋅ 10 -3 = 3 ⋅ 10 - 3 + 0.

8999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999 = 9000-1 = 3 ⋅ 3000 -1 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 2.

Somit gilt:

(27 - 8999) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 29) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 29) mod 9 ≡ (71 mod 9 ⋅ 29 mod 9) mod 9.

71 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 63 + 8 = 7 ⋅ 9 + 8 ist.

29 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 27 + 2 = 3 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 29) mod 9 ≡ (8 ⋅ 2) mod 9 ≡ 16 mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 425128 mod 659.

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. 425 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 4251=425

2: 4252=4251+1=4251⋅4251 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 59 mod 659

4: 4254=4252+2=4252⋅4252 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 186 mod 659

8: 4258=4254+4=4254⋅4254 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 328 mod 659

16: 42516=4258+8=4258⋅4258 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 167 mod 659

32: 42532=42516+16=42516⋅42516 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 211 mod 659

64: 42564=42532+32=42532⋅42532 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 368 mod 659

128: 425128=42564+64=42564⋅42564 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 329 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 522106 mod 797.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 106 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 106 an und zerlegen 106 in eine Summer von 2er-Potenzen:

106 = 64+32+8+2

1: 5221=522

2: 5222=5221+1=5221⋅5221 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 707 mod 797

4: 5224=5222+2=5222⋅5222 ≡ 707⋅707=499849 ≡ 130 mod 797

8: 5228=5224+4=5224⋅5224 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 163 mod 797

16: 52216=5228+8=5228⋅5228 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 268 mod 797

32: 52232=52216+16=52216⋅52216 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 94 mod 797

64: 52264=52232+32=52232⋅52232 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 69 mod 797

522106

= 52264+32+8+2

= 52264⋅52232⋅5228⋅5222

69 ⋅ 94 ⋅ 163 ⋅ 707 mod 797
6486 ⋅ 163 ⋅ 707 mod 797 ≡ 110 ⋅ 163 ⋅ 707 mod 797
17930 ⋅ 707 mod 797 ≡ 396 ⋅ 707 mod 797
279972 mod 797 ≡ 225 mod 797

Es gilt also: 522106 ≡ 225 mod 797

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52

=>97 = 1⋅52 + 45
=>52 = 1⋅45 + 7
=>45 = 6⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3
3= 45-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7)
= -2⋅45 +13⋅ 7 (=1)
7= 52-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45)
= 13⋅52 -15⋅ 45 (=1)
45= 97-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52)
= -15⋅97 +28⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52

oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +15⋅97 = +28⋅52

Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1

Somit 28⋅52 = 1 mod 97

28 ist also das Inverse von 52 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.