Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1199 + 7997) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1199 + 7997) mod 4 ≡ (1199 mod 4 + 7997 mod 4) mod 4.

1199 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1199 = 1100+99 = 4 ⋅ 275 +99.

7997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7997 = 7000+997 = 4 ⋅ 1750 +997.

Somit gilt:

(1199 + 7997) mod 4 ≡ (3 + 1) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 66) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 66) mod 4 ≡ (45 mod 4 ⋅ 66 mod 4) mod 4.

45 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 44 + 1 = 11 ⋅ 4 + 1 ist.

66 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 64 + 2 = 16 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 66) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 83164 mod 1009.

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. 831 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 8311=831

2: 8312=8311+1=8311⋅8311 ≡ 831⋅831=690561 ≡ 405 mod 1009

4: 8314=8312+2=8312⋅8312 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 567 mod 1009

8: 8318=8314+4=8314⋅8314 ≡ 567⋅567=321489 ≡ 627 mod 1009

16: 83116=8318+8=8318⋅8318 ≡ 627⋅627=393129 ≡ 628 mod 1009

32: 83132=83116+16=83116⋅83116 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 874 mod 1009

64: 83164=83132+32=83132⋅83132 ≡ 874⋅874=763876 ≡ 63 mod 1009

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 468175 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 175 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 175 an und zerlegen 175 in eine Summer von 2er-Potenzen:

175 = 128+32+8+4+2+1

1: 4681=468

2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 462 mod 499

4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 371 mod 499

8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 416 mod 499

16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 402 mod 499

32: 46832=46816+16=46816⋅46816 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 427 mod 499

64: 46864=46832+32=46832⋅46832 ≡ 427⋅427=182329 ≡ 194 mod 499

128: 468128=46864+64=46864⋅46864 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 211 mod 499

468175

= 468128+32+8+4+2+1

= 468128⋅46832⋅4688⋅4684⋅4682⋅4681

211 ⋅ 427 ⋅ 416 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499
90097 ⋅ 416 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499 ≡ 277 ⋅ 416 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499
115232 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499 ≡ 462 ⋅ 371 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499
171402 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499 ≡ 245 ⋅ 462 ⋅ 468 mod 499
113190 ⋅ 468 mod 499 ≡ 416 ⋅ 468 mod 499
194688 mod 499 ≡ 78 mod 499

Es gilt also: 468175 ≡ 78 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 49

=>89 = 1⋅49 + 40
=>49 = 1⋅40 + 9
=>40 = 4⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,49)=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= 9-2⋅4
4= 40-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(40 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅40 +8⋅ 9)
= -2⋅40 +9⋅ 9 (=1)
9= 49-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +9⋅(49 -1⋅ 40)
= -2⋅40 +9⋅49 -9⋅ 40)
= 9⋅49 -11⋅ 40 (=1)
40= 89-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -11⋅(89 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -11⋅89 +11⋅ 49)
= -11⋅89 +20⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(89,49)=1 = -11⋅89 +20⋅49

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +20⋅49

Es gilt also: 20⋅49 = 11⋅89 +1

Somit 20⋅49 = 1 mod 89

20 ist also das Inverse von 49 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.