Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (265 + 905) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(265 + 905) mod 9 ≡ (265 mod 9 + 905 mod 9) mod 9.

265 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 265 = 270-5 = 9 ⋅ 30 -5 = 9 ⋅ 30 - 9 + 4.

905 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 905 = 900+5 = 9 ⋅ 100 +5.

Somit gilt:

(265 + 905) mod 9 ≡ (4 + 5) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 98) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 ⋅ 98) mod 9 ≡ (72 mod 9 ⋅ 98 mod 9) mod 9.

72 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 8 ⋅ 9 + 0 ist.

98 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90 + 8 = 10 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(72 ⋅ 98) mod 9 ≡ (0 ⋅ 8) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 141128 mod 313.

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. 141 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 1411=141

2: 1412=1411+1=1411⋅1411 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 162 mod 313

4: 1414=1412+2=1412⋅1412 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 265 mod 313

8: 1418=1414+4=1414⋅1414 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 113 mod 313

16: 14116=1418+8=1418⋅1418 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 249 mod 313

32: 14132=14116+16=14116⋅14116 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 27 mod 313

64: 14164=14132+32=14132⋅14132 ≡ 27⋅27=729 ≡ 103 mod 313

128: 141128=14164+64=14164⋅14164 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 280 mod 313

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 185242 mod 457.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 1851=185

2: 1852=1851+1=1851⋅1851 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 407 mod 457

4: 1854=1852+2=1852⋅1852 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 215 mod 457

8: 1858=1854+4=1854⋅1854 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 68 mod 457

16: 18516=1858+8=1858⋅1858 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 54 mod 457

32: 18532=18516+16=18516⋅18516 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 174 mod 457

64: 18564=18532+32=18532⋅18532 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 114 mod 457

128: 185128=18564+64=18564⋅18564 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 200 mod 457

185242

= 185128+64+32+16+2

= 185128⋅18564⋅18532⋅18516⋅1852

≡ 200 ⋅ 114 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 22800 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457 ≡ 407 ⋅ 174 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 70818 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457 ≡ 440 ⋅ 54 ⋅ 407 mod 457
≡ 23760 ⋅ 407 mod 457 ≡ 453 ⋅ 407 mod 457
≡ 184371 mod 457 ≡ 200 mod 457

Es gilt also: 185242 ≡ 200 mod 457

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 88.

Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 88

=>101 = 1⋅88 + 13
=>88 = 6⋅13 + 10
=>13 = 1⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,88)=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= 10-3⋅3
3= 13-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10)
= -3⋅13 +4⋅ 10 (=1)
10= 88-6⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅13 +4⋅(88 -6⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅88 -24⋅ 13)
= 4⋅88 -27⋅ 13 (=1)
13= 101-1⋅88 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅88 -27⋅(101 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -27⋅101 +27⋅ 88)
= -27⋅101 +31⋅ 88 (=1)

Es gilt also: ggt(101,88)=1 = -27⋅101 +31⋅88

oder wenn man -27⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +27⋅101 = +31⋅88

Es gilt also: 31⋅88 = 27⋅101 +1

Somit 31⋅88 = 1 mod 101

31 ist also das Inverse von 88 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

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