Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (235 + 1604) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(235 + 1604) mod 8 ≡ (235 mod 8 + 1604 mod 8) mod 8.

235 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 235 = 240-5 = 8 ⋅ 30 -5 = 8 ⋅ 30 - 8 + 3.

1604 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604 = 1600+4 = 8 ⋅ 200 +4.

Somit gilt:

(235 + 1604) mod 8 ≡ (3 + 4) mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 44) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 44) mod 5 ≡ (46 mod 5 ⋅ 44 mod 5) mod 5.

46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.

44 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 8 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 44) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26564 mod 349.

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. 265 -> x
2. mod(x²,349) -> 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: 2651=265

2: 2652=2651+1=2651⋅2651 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 76 mod 349

4: 2654=2652+2=2652⋅2652 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 192 mod 349

8: 2658=2654+4=2654⋅2654 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 219 mod 349

16: 26516=2658+8=2658⋅2658 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 148 mod 349

32: 26532=26516+16=26516⋅26516 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 266 mod 349

64: 26564=26532+32=26532⋅26532 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 258 mod 349

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 580185 mod 659.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 5801=580

2: 5802=5801+1=5801⋅5801 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 310 mod 659

4: 5804=5802+2=5802⋅5802 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 545 mod 659

8: 5808=5804+4=5804⋅5804 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 475 mod 659

16: 58016=5808+8=5808⋅5808 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 247 mod 659

32: 58032=58016+16=58016⋅58016 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 381 mod 659

64: 58064=58032+32=58032⋅58032 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 181 mod 659

128: 580128=58064+64=58064⋅58064 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 470 mod 659

580185

= 580128+32+16+8+1

= 580128⋅58032⋅58016⋅5808⋅5801

470 ⋅ 381 ⋅ 247 ⋅ 475 ⋅ 580 mod 659
179070 ⋅ 247 ⋅ 475 ⋅ 580 mod 659 ≡ 481 ⋅ 247 ⋅ 475 ⋅ 580 mod 659
118807 ⋅ 475 ⋅ 580 mod 659 ≡ 187 ⋅ 475 ⋅ 580 mod 659
88825 ⋅ 580 mod 659 ≡ 519 ⋅ 580 mod 659
301020 mod 659 ≡ 516 mod 659

Es gilt also: 580185 ≡ 516 mod 659

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 74.

Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 74

=>83 = 1⋅74 + 9
=>74 = 8⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,74)=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= 9-4⋅2
2= 74-8⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(74 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅74 +32⋅ 9)
= -4⋅74 +33⋅ 9 (=1)
9= 83-1⋅74 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅74 +33⋅(83 -1⋅ 74)
= -4⋅74 +33⋅83 -33⋅ 74)
= 33⋅83 -37⋅ 74 (=1)

Es gilt also: ggt(83,74)=1 = 33⋅83 -37⋅74

oder wenn man 33⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅83 = -37⋅74

-37⋅74 = -33⋅83 + 1 |+83⋅74

-37⋅74 + 83⋅74 = -33⋅83 + 83⋅74 + 1

(-37 + 83) ⋅ 74 = (-33 + 74) ⋅ 83 + 1

46⋅74 = 41⋅83 + 1

Es gilt also: 46⋅74 = 41⋅83 +1

Somit 46⋅74 = 1 mod 83

46 ist also das Inverse von 74 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.