Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11999 - 1503) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11999 - 1503) mod 3 ≡ (11999 mod 3 - 1503 mod 3) mod 3.

11999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999 = 12000-1 = 3 ⋅ 4000 -1 = 3 ⋅ 4000 - 3 + 2.

1503 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1503 = 1500+3 = 3 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(11999 - 1503) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 69) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 69) mod 5 ≡ (54 mod 5 ⋅ 69 mod 5) mod 5.

54 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 10 ⋅ 5 + 4 ist.

69 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 65 + 4 = 13 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 69) mod 5 ≡ (4 ⋅ 4) mod 5 ≡ 16 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34016 mod 439.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 340 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 3401=340

2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 143 mod 439

4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 255 mod 439

8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 53 mod 439

16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 175 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 39261 mod 397.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 61 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 61 an und zerlegen 61 in eine Summer von 2er-Potenzen:

61 = 32+16+8+4+1

1: 3921=392

2: 3922=3921+1=3921⋅3921 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 25 mod 397

4: 3924=3922+2=3922⋅3922 ≡ 25⋅25=625 ≡ 228 mod 397

8: 3928=3924+4=3924⋅3924 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 374 mod 397

16: 39216=3928+8=3928⋅3928 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 132 mod 397

32: 39232=39216+16=39216⋅39216 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 353 mod 397

39261

= 39232+16+8+4+1

= 39232⋅39216⋅3928⋅3924⋅3921

353 ⋅ 132 ⋅ 374 ⋅ 228 ⋅ 392 mod 397
46596 ⋅ 374 ⋅ 228 ⋅ 392 mod 397 ≡ 147 ⋅ 374 ⋅ 228 ⋅ 392 mod 397
54978 ⋅ 228 ⋅ 392 mod 397 ≡ 192 ⋅ 228 ⋅ 392 mod 397
43776 ⋅ 392 mod 397 ≡ 106 ⋅ 392 mod 397
41552 mod 397 ≡ 264 mod 397

Es gilt also: 39261 ≡ 264 mod 397

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 66.

Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 66

=>97 = 1⋅66 + 31
=>66 = 2⋅31 + 4
=>31 = 7⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,66)=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= 4-1⋅3
3= 31-7⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(31 -7⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅31 +7⋅ 4)
= -1⋅31 +8⋅ 4 (=1)
4= 66-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +8⋅(66 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +8⋅66 -16⋅ 31)
= 8⋅66 -17⋅ 31 (=1)
31= 97-1⋅66 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅66 -17⋅(97 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -17⋅97 +17⋅ 66)
= -17⋅97 +25⋅ 66 (=1)

Es gilt also: ggt(97,66)=1 = -17⋅97 +25⋅66

oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅97 = +25⋅66

Es gilt also: 25⋅66 = 17⋅97 +1

Somit 25⋅66 = 1 mod 97

25 ist also das Inverse von 66 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.