Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (150 + 501) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(150 + 501) mod 5 ≡ (150 mod 5 + 501 mod 5) mod 5.

150 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 5 ⋅ 30 +0.

501 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 501 = 500+1 = 5 ⋅ 100 +1.

Somit gilt:

(150 + 501) mod 5 ≡ (0 + 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (33 ⋅ 57) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(33 ⋅ 57) mod 7 ≡ (33 mod 7 ⋅ 57 mod 7) mod 7.

33 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 28 + 5 = 4 ⋅ 7 + 5 ist.

57 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 56 + 1 = 8 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(33 ⋅ 57) mod 7 ≡ (5 ⋅ 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 83816 mod 839.

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. 838 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 8381=838

2: 8382=8381+1=8381⋅8381 ≡ 838⋅838=702244 ≡ 1 mod 839

4: 8384=8382+2=8382⋅8382 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 839

8: 8388=8384+4=8384⋅8384 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 839

16: 83816=8388+8=8388⋅8388 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 608116 mod 853.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 116 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 116 an und zerlegen 116 in eine Summer von 2er-Potenzen:

116 = 64+32+16+4

1: 6081=608

2: 6082=6081+1=6081⋅6081 ≡ 608⋅608=369664 ≡ 315 mod 853

4: 6084=6082+2=6082⋅6082 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 277 mod 853

8: 6088=6084+4=6084⋅6084 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 812 mod 853

16: 60816=6088+8=6088⋅6088 ≡ 812⋅812=659344 ≡ 828 mod 853

32: 60832=60816+16=60816⋅60816 ≡ 828⋅828=685584 ≡ 625 mod 853

64: 60864=60832+32=60832⋅60832 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 804 mod 853

608116

= 60864+32+16+4

= 60864⋅60832⋅60816⋅6084

804 ⋅ 625 ⋅ 828 ⋅ 277 mod 853
502500 ⋅ 828 ⋅ 277 mod 853 ≡ 83 ⋅ 828 ⋅ 277 mod 853
68724 ⋅ 277 mod 853 ≡ 484 ⋅ 277 mod 853
134068 mod 853 ≡ 147 mod 853

Es gilt also: 608116 ≡ 147 mod 853

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 30

=>83 = 2⋅30 + 23
=>30 = 1⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,30)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 30-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23)
= 10⋅30 -13⋅ 23 (=1)
23= 83-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅30 -13⋅(83 -2⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅83 +26⋅ 30)
= -13⋅83 +36⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(83,30)=1 = -13⋅83 +36⋅30

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +36⋅30

Es gilt also: 36⋅30 = 13⋅83 +1

Somit 36⋅30 = 1 mod 83

36 ist also das Inverse von 30 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.