Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (347 + 1396) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(347 + 1396) mod 7 ≡ (347 mod 7 + 1396 mod 7) mod 7.

347 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 347 = 350-3 = 7 ⋅ 50 -3 = 7 ⋅ 50 - 7 + 4.

1396 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1396 = 1400-4 = 7 ⋅ 200 -4 = 7 ⋅ 200 - 7 + 3.

Somit gilt:

(347 + 1396) mod 7 ≡ (4 + 3) mod 7 ≡ 7 mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 59) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 59) mod 4 ≡ (51 mod 4 ⋅ 59 mod 4) mod 4.

51 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 12 ⋅ 4 + 3 ist.

59 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 14 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 59) mod 4 ≡ (3 ⋅ 3) mod 4 ≡ 9 mod 4 ≡ 1 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 13816 mod 283.

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. 138 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 1381=138

2: 1382=1381+1=1381⋅1381 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 83 mod 283

4: 1384=1382+2=1382⋅1382 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 97 mod 283

8: 1388=1384+4=1384⋅1384 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 70 mod 283

16: 13816=1388+8=1388⋅1388 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 89 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 333210 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 210 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 210 an und zerlegen 210 in eine Summer von 2er-Potenzen:

210 = 128+64+16+2

1: 3331=333

2: 3332=3331+1=3331⋅3331 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 293 mod 643

4: 3334=3332+2=3332⋅3332 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 330 mod 643

8: 3338=3334+4=3334⋅3334 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 233 mod 643

16: 33316=3338+8=3338⋅3338 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 277 mod 643

32: 33332=33316+16=33316⋅33316 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 212 mod 643

64: 33364=33332+32=33332⋅33332 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 577 mod 643

128: 333128=33364+64=33364⋅33364 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 498 mod 643

333210

= 333128+64+16+2

= 333128⋅33364⋅33316⋅3332

≡ 498 ⋅ 577 ⋅ 277 ⋅ 293 mod 643
≡ 287346 ⋅ 277 ⋅ 293 mod 643 ≡ 568 ⋅ 277 ⋅ 293 mod 643
≡ 157336 ⋅ 293 mod 643 ≡ 444 ⋅ 293 mod 643
≡ 130092 mod 643 ≡ 206 mod 643

Es gilt also: 333210 ≡ 206 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 52

=>101 = 1⋅52 + 49
=>52 = 1⋅49 + 3
=>49 = 16⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,52)=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= 49-16⋅3
3= 52-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅49 -16⋅(52 -1⋅ 49)
= 1⋅49 -16⋅52 +16⋅ 49)
= -16⋅52 +17⋅ 49 (=1)
49= 101-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -16⋅52 +17⋅(101 -1⋅ 52)
= -16⋅52 +17⋅101 -17⋅ 52)
= 17⋅101 -33⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(101,52)=1 = 17⋅101 -33⋅52

oder wenn man 17⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅101 = -33⋅52

-33⋅52 = -17⋅101 + 1 |+101⋅52

-33⋅52 + 101⋅52 = -17⋅101 + 101⋅52 + 1

(-33 + 101) ⋅ 52 = (-17 + 52) ⋅ 101 + 1

68⋅52 = 35⋅101 + 1

Es gilt also: 68⋅52 = 35⋅101 +1

Somit 68⋅52 = 1 mod 101

68 ist also das Inverse von 52 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.