Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (321 - 403) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(321 - 403) mod 8 ≡ (321 mod 8 - 403 mod 8) mod 8.

321 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 321 = 320+1 = 8 ⋅ 40 +1.

403 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 403 = 400+3 = 8 ⋅ 50 +3.

Somit gilt:

(321 - 403) mod 8 ≡ (1 - 3) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 23) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 23) mod 6 ≡ (67 mod 6 ⋅ 23 mod 6) mod 6.

67 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 66 + 1 = 11 ⋅ 6 + 1 ist.

23 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 18 + 5 = 3 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 23) mod 6 ≡ (1 ⋅ 5) mod 6 ≡ 5 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20164 mod 353.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 201 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2011=201

2: 2012=2011+1=2011⋅2011 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 159 mod 353

4: 2014=2012+2=2012⋅2012 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 218 mod 353

8: 2018=2014+4=2014⋅2014 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 222 mod 353

16: 20116=2018+8=2018⋅2018 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 217 mod 353

32: 20132=20116+16=20116⋅20116 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 140 mod 353

64: 20164=20132+32=20132⋅20132 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 185 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 343205 mod 733.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 205 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 205 an und zerlegen 205 in eine Summer von 2er-Potenzen:

205 = 128+64+8+4+1

1: 3431=343

2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 369 mod 733

4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 556 mod 733

8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 543 mod 733

16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 183 mod 733

32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 504 mod 733

64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 398 mod 733

128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 398⋅398=158404 ≡ 76 mod 733

343205

= 343128+64+8+4+1

= 343128⋅34364⋅3438⋅3434⋅3431

76 ⋅ 398 ⋅ 543 ⋅ 556 ⋅ 343 mod 733
30248 ⋅ 543 ⋅ 556 ⋅ 343 mod 733 ≡ 195 ⋅ 543 ⋅ 556 ⋅ 343 mod 733
105885 ⋅ 556 ⋅ 343 mod 733 ≡ 333 ⋅ 556 ⋅ 343 mod 733
185148 ⋅ 343 mod 733 ≡ 432 ⋅ 343 mod 733
148176 mod 733 ≡ 110 mod 733

Es gilt also: 343205 ≡ 110 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 30

=>67 = 2⋅30 + 7
=>30 = 4⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,30)=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= 30-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7)
= -3⋅30 +13⋅ 7 (=1)
7= 67-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30)
= 13⋅67 -29⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(67,30)=1 = 13⋅67 -29⋅30

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -29⋅30

-29⋅30 = -13⋅67 + 1 |+67⋅30

-29⋅30 + 67⋅30 = -13⋅67 + 67⋅30 + 1

(-29 + 67) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 67 + 1

38⋅30 = 17⋅67 + 1

Es gilt also: 38⋅30 = 17⋅67 +1

Somit 38⋅30 = 1 mod 67

38 ist also das Inverse von 30 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.