Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16001 + 7994) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16001 + 7994) mod 8 ≡ (16001 mod 8 + 7994 mod 8) mod 8.

16001 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16001 = 16000+1 = 8 ⋅ 2000 +1.

7994 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7994 = 7000+994 = 8 ⋅ 875 +994.

Somit gilt:

(16001 + 7994) mod 8 ≡ (1 + 2) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 48) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 48) mod 6 ≡ (43 mod 6 ⋅ 48 mod 6) mod 6.

43 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 7 ⋅ 6 + 1 ist.

48 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 8 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 48) mod 6 ≡ (1 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54564 mod 571.

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. 545 -> x
2. mod(x²,571) -> 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: 5451=545

2: 5452=5451+1=5451⋅5451 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 105 mod 571

4: 5454=5452+2=5452⋅5452 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 176 mod 571

8: 5458=5454+4=5454⋅5454 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 142 mod 571

16: 54516=5458+8=5458⋅5458 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 179 mod 571

32: 54532=54516+16=54516⋅54516 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 65 mod 571

64: 54564=54532+32=54532⋅54532 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 228 mod 571

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 777248 mod 937.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 7771=777

2: 7772=7771+1=7771⋅7771 ≡ 777⋅777=603729 ≡ 301 mod 937

4: 7774=7772+2=7772⋅7772 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 649 mod 937

8: 7778=7774+4=7774⋅7774 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 488 mod 937

16: 77716=7778+8=7778⋅7778 ≡ 488⋅488=238144 ≡ 146 mod 937

32: 77732=77716+16=77716⋅77716 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 702 mod 937

64: 77764=77732+32=77732⋅77732 ≡ 702⋅702=492804 ≡ 879 mod 937

128: 777128=77764+64=77764⋅77764 ≡ 879⋅879=772641 ≡ 553 mod 937

777248

= 777128+64+32+16+8

= 777128⋅77764⋅77732⋅77716⋅7778

553 ⋅ 879 ⋅ 702 ⋅ 146 ⋅ 488 mod 937
486087 ⋅ 702 ⋅ 146 ⋅ 488 mod 937 ≡ 721 ⋅ 702 ⋅ 146 ⋅ 488 mod 937
506142 ⋅ 146 ⋅ 488 mod 937 ≡ 162 ⋅ 146 ⋅ 488 mod 937
23652 ⋅ 488 mod 937 ≡ 227 ⋅ 488 mod 937
110776 mod 937 ≡ 210 mod 937

Es gilt also: 777248 ≡ 210 mod 937

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 51

=>73 = 1⋅51 + 22
=>51 = 2⋅22 + 7
=>22 = 3⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,51)=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= 22-3⋅7
7= 51-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅22 -3⋅(51 -2⋅ 22)
= 1⋅22 -3⋅51 +6⋅ 22)
= -3⋅51 +7⋅ 22 (=1)
22= 73-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅51 +7⋅(73 -1⋅ 51)
= -3⋅51 +7⋅73 -7⋅ 51)
= 7⋅73 -10⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(73,51)=1 = 7⋅73 -10⋅51

oder wenn man 7⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅73 = -10⋅51

-10⋅51 = -7⋅73 + 1 |+73⋅51

-10⋅51 + 73⋅51 = -7⋅73 + 73⋅51 + 1

(-10 + 73) ⋅ 51 = (-7 + 51) ⋅ 73 + 1

63⋅51 = 44⋅73 + 1

Es gilt also: 63⋅51 = 44⋅73 +1

Somit 63⋅51 = 1 mod 73

63 ist also das Inverse von 51 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.