Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (262 - 273) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(262 - 273) mod 9 ≡ (262 mod 9 - 273 mod 9) mod 9.

262 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 262 = 270-8 = 9 ⋅ 30 -8 = 9 ⋅ 30 - 9 + 1.

273 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 273 = 270+3 = 9 ⋅ 30 +3.

Somit gilt:

(262 - 273) mod 9 ≡ (1 - 3) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 76) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 76) mod 4 ≡ (63 mod 4 ⋅ 76 mod 4) mod 4.

63 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 15 ⋅ 4 + 3 ist.

76 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 76 + 0 = 19 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 76) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36464 mod 397.

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. 364 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3641=364

2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 295 mod 397

4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 82 mod 397

8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 372 mod 397

16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 228 mod 397

32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 374 mod 397

64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 132 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 400179 mod 617.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:

179 = 128+32+16+2+1

1: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 197 mod 617

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 555 mod 617

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 142 mod 617

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 420 mod 617

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 555 mod 617

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 142 mod 617

128: 400128=40064+64=40064⋅40064 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 420 mod 617

400179

= 400128+32+16+2+1

= 400128⋅40032⋅40016⋅4002⋅4001

420 ⋅ 555 ⋅ 420 ⋅ 197 ⋅ 400 mod 617
233100 ⋅ 420 ⋅ 197 ⋅ 400 mod 617 ≡ 491 ⋅ 420 ⋅ 197 ⋅ 400 mod 617
206220 ⋅ 197 ⋅ 400 mod 617 ≡ 142 ⋅ 197 ⋅ 400 mod 617
27974 ⋅ 400 mod 617 ≡ 209 ⋅ 400 mod 617
83600 mod 617 ≡ 305 mod 617

Es gilt also: 400179 ≡ 305 mod 617

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 36

=>67 = 1⋅36 + 31
=>36 = 1⋅31 + 5
=>31 = 6⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,36)=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= 31-6⋅5
5= 36-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅31 -6⋅(36 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -6⋅36 +6⋅ 31)
= -6⋅36 +7⋅ 31 (=1)
31= 67-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅36 +7⋅(67 -1⋅ 36)
= -6⋅36 +7⋅67 -7⋅ 36)
= 7⋅67 -13⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(67,36)=1 = 7⋅67 -13⋅36

oder wenn man 7⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅67 = -13⋅36

-13⋅36 = -7⋅67 + 1 |+67⋅36

-13⋅36 + 67⋅36 = -7⋅67 + 67⋅36 + 1

(-13 + 67) ⋅ 36 = (-7 + 36) ⋅ 67 + 1

54⋅36 = 29⋅67 + 1

Es gilt also: 54⋅36 = 29⋅67 +1

Somit 54⋅36 = 1 mod 67

54 ist also das Inverse von 36 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.