Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25005 + 15005) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25005 + 15005) mod 5 ≡ (25005 mod 5 + 15005 mod 5) mod 5.

25005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25005 = 25000+5 = 5 ⋅ 5000 +5.

15005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15005 = 15000+5 = 5 ⋅ 3000 +5.

Somit gilt:

(25005 + 15005) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 31) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 31) mod 6 ≡ (38 mod 6 ⋅ 31 mod 6) mod 6.

38 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 6 ⋅ 6 + 2 ist.

31 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30 + 1 = 5 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 31) mod 6 ≡ (2 ⋅ 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3968 mod 787.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 396 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 3961=396

2: 3962=3961+1=3961⋅3961 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 203 mod 787

4: 3964=3962+2=3962⋅3962 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 285 mod 787

8: 3968=3964+4=3964⋅3964 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 164 mod 787

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 319190 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:

190 = 128+32+16+8+4+2

1: 3191=319

2: 3192=3191+1=3191⋅3191 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 192 mod 601

4: 3194=3192+2=3192⋅3192 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 203 mod 601

8: 3198=3194+4=3194⋅3194 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 341 mod 601

16: 31916=3198+8=3198⋅3198 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 288 mod 601

32: 31932=31916+16=31916⋅31916 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 6 mod 601

64: 31964=31932+32=31932⋅31932 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 601

128: 319128=31964+64=31964⋅31964 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 94 mod 601

319190

= 319128+32+16+8+4+2

= 319128⋅31932⋅31916⋅3198⋅3194⋅3192

94 ⋅ 6 ⋅ 288 ⋅ 341 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601
564 ⋅ 288 ⋅ 341 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601
162432 ⋅ 341 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601 ≡ 162 ⋅ 341 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601
55242 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601 ≡ 551 ⋅ 203 ⋅ 192 mod 601
111853 ⋅ 192 mod 601 ≡ 67 ⋅ 192 mod 601
12864 mod 601 ≡ 243 mod 601

Es gilt also: 319190 ≡ 243 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 70.

Also bestimme x, so dass 70 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 70

=>101 = 1⋅70 + 31
=>70 = 2⋅31 + 8
=>31 = 3⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,70)=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= 8-1⋅7
7= 31-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8)
= -1⋅31 +4⋅ 8 (=1)
8= 70-2⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +4⋅(70 -2⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅70 -8⋅ 31)
= 4⋅70 -9⋅ 31 (=1)
31= 101-1⋅70 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅70 -9⋅(101 -1⋅ 70)
= 4⋅70 -9⋅101 +9⋅ 70)
= -9⋅101 +13⋅ 70 (=1)

Es gilt also: ggt(101,70)=1 = -9⋅101 +13⋅70

oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅101 = +13⋅70

Es gilt also: 13⋅70 = 9⋅101 +1

Somit 13⋅70 = 1 mod 101

13 ist also das Inverse von 70 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.