Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (238 - 11996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(238 - 11996) mod 6 ≡ (238 mod 6 - 11996 mod 6) mod 6.

238 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 238 = 240-2 = 6 ⋅ 40 -2 = 6 ⋅ 40 - 6 + 4.

11996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11996 = 12000-4 = 6 ⋅ 2000 -4 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 2.

Somit gilt:

(238 - 11996) mod 6 ≡ (4 - 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 85) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 85) mod 3 ≡ (45 mod 3 ⋅ 85 mod 3) mod 3.

45 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 15 ⋅ 3 + 0 ist.

85 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 28 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 85) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59132 mod 839.

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. 591 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 5911=591

2: 5912=5911+1=5911⋅5911 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 257 mod 839

4: 5914=5912+2=5912⋅5912 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 607 mod 839

8: 5918=5914+4=5914⋅5914 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 128 mod 839

16: 59116=5918+8=5918⋅5918 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 443 mod 839

32: 59132=59116+16=59116⋅59116 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 762 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 554107 mod 977.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 107 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 107 an und zerlegen 107 in eine Summer von 2er-Potenzen:

107 = 64+32+8+2+1

1: 5541=554

2: 5542=5541+1=5541⋅5541 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 138 mod 977

4: 5544=5542+2=5542⋅5542 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 481 mod 977

8: 5548=5544+4=5544⋅5544 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 789 mod 977

16: 55416=5548+8=5548⋅5548 ≡ 789⋅789=622521 ≡ 172 mod 977

32: 55432=55416+16=55416⋅55416 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 274 mod 977

64: 55464=55432+32=55432⋅55432 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 824 mod 977

554107

= 55464+32+8+2+1

= 55464⋅55432⋅5548⋅5542⋅5541

≡ 824 ⋅ 274 ⋅ 789 ⋅ 138 ⋅ 554 mod 977
≡ 225776 ⋅ 789 ⋅ 138 ⋅ 554 mod 977 ≡ 89 ⋅ 789 ⋅ 138 ⋅ 554 mod 977
≡ 70221 ⋅ 138 ⋅ 554 mod 977 ≡ 854 ⋅ 138 ⋅ 554 mod 977
≡ 117852 ⋅ 554 mod 977 ≡ 612 ⋅ 554 mod 977
≡ 339048 mod 977 ≡ 29 mod 977

Es gilt also: 554107 ≡ 29 mod 977

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 42

=>97 = 2⋅42 + 13
=>42 = 3⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,42)=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= 13-4⋅3
3= 42-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(42 -3⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅42 +12⋅ 13)
= -4⋅42 +13⋅ 13 (=1)
13= 97-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅42 +13⋅(97 -2⋅ 42)
= -4⋅42 +13⋅97 -26⋅ 42)
= 13⋅97 -30⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(97,42)=1 = 13⋅97 -30⋅42

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -30⋅42

-30⋅42 = -13⋅97 + 1 |+97⋅42

-30⋅42 + 97⋅42 = -13⋅97 + 97⋅42 + 1

(-30 + 97) ⋅ 42 = (-13 + 42) ⋅ 97 + 1

67⋅42 = 29⋅97 + 1

Es gilt also: 67⋅42 = 29⋅97 +1

Somit 67⋅42 = 1 mod 97

67 ist also das Inverse von 42 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.