Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1598 + 3200) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1598 + 3200) mod 8 ≡ (1598 mod 8 + 3200 mod 8) mod 8.

1598 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1598 = 1600-2 = 8 ⋅ 200 -2 = 8 ⋅ 200 - 8 + 6.

3200 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3200 = 3200+0 = 8 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(1598 + 3200) mod 8 ≡ (6 + 0) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 31) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 31) mod 11 ≡ (30 mod 11 ⋅ 31 mod 11) mod 11.

30 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 22 + 8 = 2 ⋅ 11 + 8 ist.

31 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 22 + 9 = 2 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 31) mod 11 ≡ (8 ⋅ 9) mod 11 ≡ 72 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 8688 mod 941.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 868 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 8681=868

2: 8682=8681+1=8681⋅8681 ≡ 868⋅868=753424 ≡ 624 mod 941

4: 8684=8682+2=8682⋅8682 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 743 mod 941

8: 8688=8684+4=8684⋅8684 ≡ 743⋅743=552049 ≡ 623 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27197 mod 367.

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: 2711=271

2: 2712=2711+1=2711⋅2711 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 41 mod 367

4: 2714=2712+2=2712⋅2712 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 213 mod 367

8: 2718=2714+4=2714⋅2714 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 228 mod 367

16: 27116=2718+8=2718⋅2718 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 237 mod 367

32: 27132=27116+16=27116⋅27116 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 18 mod 367

64: 27164=27132+32=27132⋅27132 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 367

27197

= 27164+32+1

= 27164⋅27132⋅2711

324 ⋅ 18 ⋅ 271 mod 367
5832 ⋅ 271 mod 367 ≡ 327 ⋅ 271 mod 367
88617 mod 367 ≡ 170 mod 367

Es gilt also: 27197 ≡ 170 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 29

=>67 = 2⋅29 + 9
=>29 = 3⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,29)=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= 29-3⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(29 -3⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅29 +12⋅ 9)
= -4⋅29 +13⋅ 9 (=1)
9= 67-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +13⋅(67 -2⋅ 29)
= -4⋅29 +13⋅67 -26⋅ 29)
= 13⋅67 -30⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(67,29)=1 = 13⋅67 -30⋅29

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -30⋅29

-30⋅29 = -13⋅67 + 1 |+67⋅29

-30⋅29 + 67⋅29 = -13⋅67 + 67⋅29 + 1

(-30 + 67) ⋅ 29 = (-13 + 29) ⋅ 67 + 1

37⋅29 = 16⋅67 + 1

Es gilt also: 37⋅29 = 16⋅67 +1

Somit 37⋅29 = 1 mod 67

37 ist also das Inverse von 29 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.