Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (449 - 8997) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(449 - 8997) mod 9 ≡ (449 mod 9 - 8997 mod 9) mod 9.

449 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 449 = 450-1 = 9 ⋅ 50 -1 = 9 ⋅ 50 - 9 + 8.

8997 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997 = 9000-3 = 9 ⋅ 1000 -3 = 9 ⋅ 1000 - 9 + 6.

Somit gilt:

(449 - 8997) mod 9 ≡ (8 - 6) mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 22) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 22) mod 3 ≡ (38 mod 3 ⋅ 22 mod 3) mod 3.

38 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 12 ⋅ 3 + 2 ist.

22 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 21 + 1 = 7 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 22) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7068 mod 757.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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(x²,757) -> 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 ≡ 330 mod 757

4: 7064=7062+2=7062⋅7062 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 649 mod 757

8: 7068=7064+4=7064⋅7064 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 309 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 417230 mod 769.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:

230 = 128+64+32+4+2

1: 4171=417

2: 4172=4171+1=4171⋅4171 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 95 mod 769

4: 4174=4172+2=4172⋅4172 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 566 mod 769

8: 4178=4174+4=4174⋅4174 ≡ 566⋅566=320356 ≡ 452 mod 769

16: 41716=4178+8=4178⋅4178 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 519 mod 769

32: 41732=41716+16=41716⋅41716 ≡ 519⋅519=269361 ≡ 211 mod 769

64: 41764=41732+32=41732⋅41732 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 688 mod 769

128: 417128=41764+64=41764⋅41764 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 409 mod 769

417230

= 417128+64+32+4+2

= 417128⋅41764⋅41732⋅4174⋅4172

409 ⋅ 688 ⋅ 211 ⋅ 566 ⋅ 95 mod 769
281392 ⋅ 211 ⋅ 566 ⋅ 95 mod 769 ≡ 707 ⋅ 211 ⋅ 566 ⋅ 95 mod 769
149177 ⋅ 566 ⋅ 95 mod 769 ≡ 760 ⋅ 566 ⋅ 95 mod 769
430160 ⋅ 95 mod 769 ≡ 289 ⋅ 95 mod 769
27455 mod 769 ≡ 540 mod 769

Es gilt also: 417230 ≡ 540 mod 769

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 76.

Also bestimme x, so dass 76 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 76

=>89 = 1⋅76 + 13
=>76 = 5⋅13 + 11
=>13 = 1⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,76)=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= 11-5⋅2
2= 13-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11)
= -5⋅13 +6⋅ 11 (=1)
11= 76-5⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅13 +6⋅(76 -5⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅76 -30⋅ 13)
= 6⋅76 -35⋅ 13 (=1)
13= 89-1⋅76 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅76 -35⋅(89 -1⋅ 76)
= 6⋅76 -35⋅89 +35⋅ 76)
= -35⋅89 +41⋅ 76 (=1)

Es gilt also: ggt(89,76)=1 = -35⋅89 +41⋅76

oder wenn man -35⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +35⋅89 = +41⋅76

Es gilt also: 41⋅76 = 35⋅89 +1

Somit 41⋅76 = 1 mod 89

41 ist also das Inverse von 76 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.