Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20996 + 214) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20996 + 214) mod 7 ≡ (20996 mod 7 + 214 mod 7) mod 7.

20996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20996 = 21000-4 = 7 ⋅ 3000 -4 = 7 ⋅ 3000 - 7 + 3.

214 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 214 = 210+4 = 7 ⋅ 30 +4.

Somit gilt:

(20996 + 214) mod 7 ≡ (3 + 4) mod 7 ≡ 7 mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 41) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 41) mod 6 ≡ (32 mod 6 ⋅ 41 mod 6) mod 6.

32 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 5 ⋅ 6 + 2 ist.

41 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 36 + 5 = 6 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 41) mod 6 ≡ (2 ⋅ 5) mod 6 ≡ 10 mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37132 mod 599.

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. 371 -> x
2. mod(x²,599) -> 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: 3711=371

2: 3712=3711+1=3711⋅3711 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 470 mod 599

4: 3714=3712+2=3712⋅3712 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 468 mod 599

8: 3718=3714+4=3714⋅3714 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 389 mod 599

16: 37116=3718+8=3718⋅3718 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 373 mod 599

32: 37132=37116+16=37116⋅37116 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 161 mod 599

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 276119 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 2761=276

2: 2762=2761+1=2761⋅2761 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 895 mod 907

4: 2764=2762+2=2762⋅2762 ≡ 895⋅895=801025 ≡ 144 mod 907

8: 2768=2764+4=2764⋅2764 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 782 mod 907

16: 27616=2768+8=2768⋅2768 ≡ 782⋅782=611524 ≡ 206 mod 907

32: 27632=27616+16=27616⋅27616 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 714 mod 907

64: 27664=27632+32=27632⋅27632 ≡ 714⋅714=509796 ≡ 62 mod 907

276119

= 27664+32+16+4+2+1

= 27664⋅27632⋅27616⋅2764⋅2762⋅2761

≡ 62 ⋅ 714 ⋅ 206 ⋅ 144 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907
≡ 44268 ⋅ 206 ⋅ 144 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907 ≡ 732 ⋅ 206 ⋅ 144 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907
≡ 150792 ⋅ 144 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907 ≡ 230 ⋅ 144 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907
≡ 33120 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907 ≡ 468 ⋅ 895 ⋅ 276 mod 907
≡ 418860 ⋅ 276 mod 907 ≡ 733 ⋅ 276 mod 907
≡ 202308 mod 907 ≡ 47 mod 907

Es gilt also: 276119 ≡ 47 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 69

=>101 = 1⋅69 + 32
=>69 = 2⋅32 + 5
=>32 = 6⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,69)=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= 5-2⋅2
2= 32-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(32 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅32 +12⋅ 5)
= -2⋅32 +13⋅ 5 (=1)
5= 69-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅32 +13⋅(69 -2⋅ 32)
= -2⋅32 +13⋅69 -26⋅ 32)
= 13⋅69 -28⋅ 32 (=1)
32= 101-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅69 -28⋅(101 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -28⋅101 +28⋅ 69)
= -28⋅101 +41⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(101,69)=1 = -28⋅101 +41⋅69

oder wenn man -28⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +28⋅101 = +41⋅69

Es gilt also: 41⋅69 = 28⋅101 +1

Somit 41⋅69 = 1 mod 101

41 ist also das Inverse von 69 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.