Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24003 - 2996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24003 - 2996) mod 6 ≡ (24003 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.

24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003 = 24000+3 = 6 ⋅ 4000 +3.

2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996 = 3000-4 = 6 ⋅ 500 -4 = 6 ⋅ 500 - 6 + 2.

Somit gilt:

(24003 - 2996) mod 6 ≡ (3 - 2) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 45) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 45) mod 3 ≡ (20 mod 3 ⋅ 45 mod 3) mod 3.

20 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 18 + 2 = 6 ⋅ 3 + 2 ist.

45 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 15 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 45) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46816 mod 991.

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. 468 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 4681=468

2: 4682=4681+1=4681⋅4681 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 13 mod 991

4: 4684=4682+2=4682⋅4682 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 991

8: 4688=4684+4=4684⋅4684 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 813 mod 991

16: 46816=4688+8=4688⋅4688 ≡ 813⋅813=660969 ≡ 963 mod 991

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 50589 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 89 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 89 an und zerlegen 89 in eine Summer von 2er-Potenzen:

89 = 64+16+8+1

1: 5051=505

2: 5052=5051+1=5051⋅5051 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 256 mod 521

4: 5054=5052+2=5052⋅5052 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 411 mod 521

8: 5058=5054+4=5054⋅5054 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 117 mod 521

16: 50516=5058+8=5058⋅5058 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 143 mod 521

32: 50532=50516+16=50516⋅50516 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 130 mod 521

64: 50564=50532+32=50532⋅50532 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 228 mod 521

50589

= 50564+16+8+1

= 50564⋅50516⋅5058⋅5051

≡ 228 ⋅ 143 ⋅ 117 ⋅ 505 mod 521
≡ 32604 ⋅ 117 ⋅ 505 mod 521 ≡ 302 ⋅ 117 ⋅ 505 mod 521
≡ 35334 ⋅ 505 mod 521 ≡ 427 ⋅ 505 mod 521
≡ 215635 mod 521 ≡ 462 mod 521

Es gilt also: 50589 ≡ 462 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 84.

Also bestimme x, so dass 84 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 84

=>97 = 1⋅84 + 13
=>84 = 6⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,84)=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= 13-2⋅6
6= 84-6⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(84 -6⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅84 +12⋅ 13)
= -2⋅84 +13⋅ 13 (=1)
13= 97-1⋅84 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅84 +13⋅(97 -1⋅ 84)
= -2⋅84 +13⋅97 -13⋅ 84)
= 13⋅97 -15⋅ 84 (=1)

Es gilt also: ggt(97,84)=1 = 13⋅97 -15⋅84

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -15⋅84

-15⋅84 = -13⋅97 + 1 |+97⋅84

-15⋅84 + 97⋅84 = -13⋅97 + 97⋅84 + 1

(-15 + 97) ⋅ 84 = (-13 + 84) ⋅ 97 + 1

82⋅84 = 71⋅97 + 1

Es gilt also: 82⋅84 = 71⋅97 +1

Somit 82⋅84 = 1 mod 97

82 ist also das Inverse von 84 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.