Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8003 + 1202) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8003 + 1202) mod 4 ≡ (8003 mod 4 + 1202 mod 4) mod 4.

8003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8003 = 8000+3 = 4 ⋅ 2000 +3.

1202 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1202 = 1200+2 = 4 ⋅ 300 +2.

Somit gilt:

(8003 + 1202) mod 4 ≡ (3 + 2) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 25) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 25) mod 10 ≡ (28 mod 10 ⋅ 25 mod 10) mod 10.

28 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 20 + 8 = 2 ⋅ 10 + 8 ist.

25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 25) mod 10 ≡ (8 ⋅ 5) mod 10 ≡ 40 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 674128 mod 971.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 674 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 6741=674

2: 6742=6741+1=6741⋅6741 ≡ 674⋅674=454276 ≡ 819 mod 971

4: 6744=6742+2=6742⋅6742 ≡ 819⋅819=670761 ≡ 771 mod 971

8: 6748=6744+4=6744⋅6744 ≡ 771⋅771=594441 ≡ 189 mod 971

16: 67416=6748+8=6748⋅6748 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 765 mod 971

32: 67432=67416+16=67416⋅67416 ≡ 765⋅765=585225 ≡ 683 mod 971

64: 67464=67432+32=67432⋅67432 ≡ 683⋅683=466489 ≡ 409 mod 971

128: 674128=67464+64=67464⋅67464 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 269 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 342240 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 240 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 240 an und zerlegen 240 in eine Summer von 2er-Potenzen:

240 = 128+64+32+16

1: 3421=342

2: 3422=3421+1=3421⋅3421 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 260 mod 521

4: 3424=3422+2=3422⋅3422 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 391 mod 521

8: 3428=3424+4=3424⋅3424 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 228 mod 521

16: 34216=3428+8=3428⋅3428 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 405 mod 521

32: 34232=34216+16=34216⋅34216 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 431 mod 521

64: 34264=34232+32=34232⋅34232 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 285 mod 521

128: 342128=34264+64=34264⋅34264 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 470 mod 521

342240

= 342128+64+32+16

= 342128⋅34264⋅34232⋅34216

470 ⋅ 285 ⋅ 431 ⋅ 405 mod 521
133950 ⋅ 431 ⋅ 405 mod 521 ≡ 53 ⋅ 431 ⋅ 405 mod 521
22843 ⋅ 405 mod 521 ≡ 440 ⋅ 405 mod 521
178200 mod 521 ≡ 18 mod 521

Es gilt also: 342240 ≡ 18 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 35

=>59 = 1⋅35 + 24
=>35 = 1⋅24 + 11
=>24 = 2⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,35)=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= 24-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11)
= -5⋅24 +11⋅ 11 (=1)
11= 35-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅24 +11⋅(35 -1⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅35 -11⋅ 24)
= 11⋅35 -16⋅ 24 (=1)
24= 59-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅35 -16⋅(59 -1⋅ 35)
= 11⋅35 -16⋅59 +16⋅ 35)
= -16⋅59 +27⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(59,35)=1 = -16⋅59 +27⋅35

oder wenn man -16⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅59 = +27⋅35

Es gilt also: 27⋅35 = 16⋅59 +1

Somit 27⋅35 = 1 mod 59

27 ist also das Inverse von 35 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.