Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (97 + 2498) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(97 + 2498) mod 5 ≡ (97 mod 5 + 2498 mod 5) mod 5.

97 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 90+7 = 5 ⋅ 18 +7.

2498 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2498 = 2400+98 = 5 ⋅ 480 +98.

Somit gilt:

(97 + 2498) mod 5 ≡ (2 + 3) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 36) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 36) mod 10 ≡ (54 mod 10 ⋅ 36 mod 10) mod 10.

54 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 5 ⋅ 10 + 4 ist.

36 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 30 + 6 = 3 ⋅ 10 + 6 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 36) mod 10 ≡ (4 ⋅ 6) mod 10 ≡ 24 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 10664 mod 233.

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. 106 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1061=106

2: 1062=1061+1=1061⋅1061 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 52 mod 233

4: 1064=1062+2=1062⋅1062 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 141 mod 233

8: 1068=1064+4=1064⋅1064 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 76 mod 233

16: 10616=1068+8=1068⋅1068 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 184 mod 233

32: 10632=10616+16=10616⋅10616 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 71 mod 233

64: 10664=10632+32=10632⋅10632 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 148 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 471190 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:

190 = 128+32+16+8+4+2

1: 4711=471

2: 4712=4711+1=4711⋅4711 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 360 mod 631

4: 4714=4712+2=4712⋅4712 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 245 mod 631

8: 4718=4714+4=4714⋅4714 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 80 mod 631

16: 47116=4718+8=4718⋅4718 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 90 mod 631

32: 47132=47116+16=47116⋅47116 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 528 mod 631

64: 47164=47132+32=47132⋅47132 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 513 mod 631

128: 471128=47164+64=47164⋅47164 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 42 mod 631

471190

= 471128+32+16+8+4+2

= 471128⋅47132⋅47116⋅4718⋅4714⋅4712

42 ⋅ 528 ⋅ 90 ⋅ 80 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631
22176 ⋅ 90 ⋅ 80 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631 ≡ 91 ⋅ 90 ⋅ 80 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631
8190 ⋅ 80 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631 ≡ 618 ⋅ 80 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631
49440 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631 ≡ 222 ⋅ 245 ⋅ 360 mod 631
54390 ⋅ 360 mod 631 ≡ 124 ⋅ 360 mod 631
44640 mod 631 ≡ 470 mod 631

Es gilt also: 471190 ≡ 470 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 68

=>101 = 1⋅68 + 33
=>68 = 2⋅33 + 2
=>33 = 16⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,68)=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= 33-16⋅2
2= 68-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅33 -16⋅(68 -2⋅ 33)
= 1⋅33 -16⋅68 +32⋅ 33)
= -16⋅68 +33⋅ 33 (=1)
33= 101-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -16⋅68 +33⋅(101 -1⋅ 68)
= -16⋅68 +33⋅101 -33⋅ 68)
= 33⋅101 -49⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(101,68)=1 = 33⋅101 -49⋅68

oder wenn man 33⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅101 = -49⋅68

-49⋅68 = -33⋅101 + 1 |+101⋅68

-49⋅68 + 101⋅68 = -33⋅101 + 101⋅68 + 1

(-49 + 101) ⋅ 68 = (-33 + 68) ⋅ 101 + 1

52⋅68 = 35⋅101 + 1

Es gilt also: 52⋅68 = 35⋅101 +1

Somit 52⋅68 = 1 mod 101

52 ist also das Inverse von 68 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.