Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (89 - 87) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(89 - 87) mod 3 ≡ (89 mod 3 - 87 mod 3) mod 3.

89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 90-1 = 3 ⋅ 30 -1 = 3 ⋅ 30 - 3 + 2.

87 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 90-3 = 3 ⋅ 30 -3 = 3 ⋅ 30 - 3 + 0.

Somit gilt:

(89 - 87) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (88 ⋅ 52) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(88 ⋅ 52) mod 5 ≡ (88 mod 5 ⋅ 52 mod 5) mod 5.

88 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 85 + 3 = 17 ⋅ 5 + 3 ist.

52 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 50 + 2 = 10 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(88 ⋅ 52) mod 5 ≡ (3 ⋅ 2) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34632 mod 991.

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. 346 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 3461=346

2: 3462=3461+1=3461⋅3461 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 796 mod 991

4: 3464=3462+2=3462⋅3462 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 367 mod 991

8: 3468=3464+4=3464⋅3464 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 904 mod 991

16: 34616=3468+8=3468⋅3468 ≡ 904⋅904=817216 ≡ 632 mod 991

32: 34632=34616+16=34616⋅34616 ≡ 632⋅632=399424 ≡ 51 mod 991

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 715179 mod 743.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:

179 = 128+32+16+2+1

1: 7151=715

2: 7152=7151+1=7151⋅7151 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 41 mod 743

4: 7154=7152+2=7152⋅7152 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 195 mod 743

8: 7158=7154+4=7154⋅7154 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 132 mod 743

16: 71516=7158+8=7158⋅7158 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 335 mod 743

32: 71532=71516+16=71516⋅71516 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 32 mod 743

64: 71564=71532+32=71532⋅71532 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 281 mod 743

128: 715128=71564+64=71564⋅71564 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 203 mod 743

715179

= 715128+32+16+2+1

= 715128⋅71532⋅71516⋅7152⋅7151

203 ⋅ 32 ⋅ 335 ⋅ 41 ⋅ 715 mod 743
6496 ⋅ 335 ⋅ 41 ⋅ 715 mod 743 ≡ 552 ⋅ 335 ⋅ 41 ⋅ 715 mod 743
184920 ⋅ 41 ⋅ 715 mod 743 ≡ 656 ⋅ 41 ⋅ 715 mod 743
26896 ⋅ 715 mod 743 ≡ 148 ⋅ 715 mod 743
105820 mod 743 ≡ 314 mod 743

Es gilt also: 715179 ≡ 314 mod 743

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 29

=>97 = 3⋅29 + 10
=>29 = 2⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,29)=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= 10-1⋅9
9= 29-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(29 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅29 +2⋅ 10)
= -1⋅29 +3⋅ 10 (=1)
10= 97-3⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅29 +3⋅(97 -3⋅ 29)
= -1⋅29 +3⋅97 -9⋅ 29)
= 3⋅97 -10⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(97,29)=1 = 3⋅97 -10⋅29

oder wenn man 3⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅97 = -10⋅29

-10⋅29 = -3⋅97 + 1 |+97⋅29

-10⋅29 + 97⋅29 = -3⋅97 + 97⋅29 + 1

(-10 + 97) ⋅ 29 = (-3 + 29) ⋅ 97 + 1

87⋅29 = 26⋅97 + 1

Es gilt also: 87⋅29 = 26⋅97 +1

Somit 87⋅29 = 1 mod 97

87 ist also das Inverse von 29 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.