Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (276 + 286) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(276 + 286) mod 7 ≡ (276 mod 7 + 286 mod 7) mod 7.

276 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 276 = 280-4 = 7 ⋅ 40 -4 = 7 ⋅ 40 - 7 + 3.

286 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 286 = 280+6 = 7 ⋅ 40 +6.

Somit gilt:

(276 + 286) mod 7 ≡ (3 + 6) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 55) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(94 ⋅ 55) mod 10 ≡ (94 mod 10 ⋅ 55 mod 10) mod 10.

94 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 9 ⋅ 10 + 4 ist.

55 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 50 + 5 = 5 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(94 ⋅ 55) mod 10 ≡ (4 ⋅ 5) mod 10 ≡ 20 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 625128 mod 641.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 625 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 6251=625

2: 6252=6251+1=6251⋅6251 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 256 mod 641

4: 6254=6252+2=6252⋅6252 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 154 mod 641

8: 6258=6254+4=6254⋅6254 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 640 mod 641

16: 62516=6258+8=6258⋅6258 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 1 mod 641

32: 62532=62516+16=62516⋅62516 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641

64: 62564=62532+32=62532⋅62532 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641

128: 625128=62564+64=62564⋅62564 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 641

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 30097 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 97 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 97 an und zerlegen 97 in eine Summer von 2er-Potenzen:

97 = 64+32+1

1: 3001=300

2: 3002=3001+1=3001⋅3001 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 293 mod 823

4: 3004=3002+2=3002⋅3002 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 257 mod 823

8: 3008=3004+4=3004⋅3004 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 209 mod 823

16: 30016=3008+8=3008⋅3008 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 62 mod 823

32: 30032=30016+16=30016⋅30016 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 552 mod 823

64: 30064=30032+32=30032⋅30032 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 194 mod 823

30097

= 30064+32+1

= 30064⋅30032⋅3001

≡ 194 ⋅ 552 ⋅ 300 mod 823
≡ 107088 ⋅ 300 mod 823 ≡ 98 ⋅ 300 mod 823
≡ 29400 mod 823 ≡ 595 mod 823

Es gilt also: 30097 ≡ 595 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 60.

Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 60

=>89 = 1⋅60 + 29
=>60 = 2⋅29 + 2
=>29 = 14⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,60)=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= 29-14⋅2
2= 60-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -14⋅(60 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -14⋅60 +28⋅ 29)
= -14⋅60 +29⋅ 29 (=1)
29= 89-1⋅60 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -14⋅60 +29⋅(89 -1⋅ 60)
= -14⋅60 +29⋅89 -29⋅ 60)
= 29⋅89 -43⋅ 60 (=1)

Es gilt also: ggt(89,60)=1 = 29⋅89 -43⋅60

oder wenn man 29⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -29⋅89 = -43⋅60

-43⋅60 = -29⋅89 + 1 |+89⋅60

-43⋅60 + 89⋅60 = -29⋅89 + 89⋅60 + 1

(-43 + 89) ⋅ 60 = (-29 + 60) ⋅ 89 + 1

46⋅60 = 31⋅89 + 1

Es gilt also: 46⋅60 = 31⋅89 +1

Somit 46⋅60 = 1 mod 89

46 ist also das Inverse von 60 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.