Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1498 + 14998) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1498 + 14998) mod 3 ≡ (1498 mod 3 + 14998 mod 3) mod 3.

1498 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1498 = 1500-2 = 3 ⋅ 500 -2 = 3 ⋅ 500 - 3 + 1.

14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998 = 15000-2 = 3 ⋅ 5000 -2 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 1.

Somit gilt:

(1498 + 14998) mod 3 ≡ (1 + 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 63) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 63) mod 11 ≡ (47 mod 11 ⋅ 63 mod 11) mod 11.

47 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 44 + 3 = 4 ⋅ 11 + 3 ist.

63 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 55 + 8 = 5 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 63) mod 11 ≡ (3 ⋅ 8) mod 11 ≡ 24 mod 11 ≡ 2 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38616 mod 1009.

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. 386 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 3861=386

2: 3862=3861+1=3861⋅3861 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 673 mod 1009

4: 3864=3862+2=3862⋅3862 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 897 mod 1009

8: 3868=3864+4=3864⋅3864 ≡ 897⋅897=804609 ≡ 436 mod 1009

16: 38616=3868+8=3868⋅3868 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 404 mod 1009

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 79895 mod 911.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:

95 = 64+16+8+4+2+1

1: 7981=798

2: 7982=7981+1=7981⋅7981 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 15 mod 911

4: 7984=7982+2=7982⋅7982 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 911

8: 7988=7984+4=7984⋅7984 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 520 mod 911

16: 79816=7988+8=7988⋅7988 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 744 mod 911

32: 79832=79816+16=79816⋅79816 ≡ 744⋅744=553536 ≡ 559 mod 911

64: 79864=79832+32=79832⋅79832 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 8 mod 911

79895

= 79864+16+8+4+2+1

= 79864⋅79816⋅7988⋅7984⋅7982⋅7981

8 ⋅ 744 ⋅ 520 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911
5952 ⋅ 520 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911 ≡ 486 ⋅ 520 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911
252720 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911 ≡ 373 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911
83925 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911 ≡ 113 ⋅ 15 ⋅ 798 mod 911
1695 ⋅ 798 mod 911 ≡ 784 ⋅ 798 mod 911
625632 mod 911 ≡ 686 mod 911

Es gilt also: 79895 ≡ 686 mod 911

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.

Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18

=>61 = 3⋅18 + 7
=>18 = 2⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 18-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7)
= 2⋅18 -5⋅ 7 (=1)
7= 61-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18)
= -5⋅61 +17⋅ 18 (=1)

Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18

oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅61 = +17⋅18

Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1

Somit 17⋅18 = 1 mod 61

17 ist also das Inverse von 18 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.