Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1498 + 298) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1498 + 298) mod 3 ≡ (1498 mod 3 + 298 mod 3) mod 3.

1498 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1498 = 1500-2 = 3 ⋅ 500 -2 = 3 ⋅ 500 - 3 + 1.

298 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298 = 300-2 = 3 ⋅ 100 -2 = 3 ⋅ 100 - 3 + 1.

Somit gilt:

(1498 + 298) mod 3 ≡ (1 + 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (94 ⋅ 89) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(94 ⋅ 89) mod 5 ≡ (94 mod 5 ⋅ 89 mod 5) mod 5.

94 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 90 + 4 = 18 ⋅ 5 + 4 ist.

89 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 85 + 4 = 17 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(94 ⋅ 89) mod 5 ≡ (4 ⋅ 4) mod 5 ≡ 16 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40064 mod 859.

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. 400 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 226 mod 859

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 395 mod 859

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 546 mod 859

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 546⋅546=298116 ≡ 43 mod 859

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 131 mod 859

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 840 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 394107 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 107 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 107 an und zerlegen 107 in eine Summer von 2er-Potenzen:

107 = 64+32+8+2+1

1: 3941=394

2: 3942=3941+1=3941⋅3941 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 499 mod 521

4: 3944=3942+2=3942⋅3942 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 484 mod 521

8: 3948=3944+4=3944⋅3944 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 327 mod 521

16: 39416=3948+8=3948⋅3948 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 124 mod 521

32: 39432=39416+16=39416⋅39416 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 267 mod 521

64: 39464=39432+32=39432⋅39432 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 433 mod 521

394107

= 39464+32+8+2+1

= 39464⋅39432⋅3948⋅3942⋅3941

433 ⋅ 267 ⋅ 327 ⋅ 499 ⋅ 394 mod 521
115611 ⋅ 327 ⋅ 499 ⋅ 394 mod 521 ≡ 470 ⋅ 327 ⋅ 499 ⋅ 394 mod 521
153690 ⋅ 499 ⋅ 394 mod 521 ≡ 516 ⋅ 499 ⋅ 394 mod 521
257484 ⋅ 394 mod 521 ≡ 110 ⋅ 394 mod 521
43340 mod 521 ≡ 97 mod 521

Es gilt also: 394107 ≡ 97 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 46

=>53 = 1⋅46 + 7
=>46 = 6⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,46)=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= 4-1⋅3
3= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 46-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(46 -6⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅46 -12⋅ 7)
= 2⋅46 -13⋅ 7 (=1)
7= 53-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -13⋅(53 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -13⋅53 +13⋅ 46)
= -13⋅53 +15⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(53,46)=1 = -13⋅53 +15⋅46

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +15⋅46

Es gilt also: 15⋅46 = 13⋅53 +1

Somit 15⋅46 = 1 mod 53

15 ist also das Inverse von 46 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.