Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8003 - 392) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8003 - 392) mod 8 ≡ (8003 mod 8 - 392 mod 8) mod 8.

8003 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8003 = 8000+3 = 8 ⋅ 1000 +3.

392 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 392 = 400-8 = 8 ⋅ 50 -8 = 8 ⋅ 50 - 8 + 0.

Somit gilt:

(8003 - 392) mod 8 ≡ (3 - 0) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 56) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 56) mod 9 ≡ (46 mod 9 ⋅ 56 mod 9) mod 9.

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

56 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 6 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 56) mod 9 ≡ (1 ⋅ 2) mod 9 ≡ 2 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 162128 mod 241.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 162 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 1621=162

2: 1622=1621+1=1621⋅1621 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 216 mod 241

4: 1624=1622+2=1622⋅1622 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 143 mod 241

8: 1628=1624+4=1624⋅1624 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 205 mod 241

16: 16216=1628+8=1628⋅1628 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 91 mod 241

32: 16232=16216+16=16216⋅16216 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241

64: 16264=16232+32=16232⋅16232 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241

128: 162128=16264+64=16264⋅16264 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 205 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 483220 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:

220 = 128+64+16+8+4

1: 4831=483

2: 4832=4831+1=4831⋅4831 ≡ 483⋅483=233289 ≡ 256 mod 499

4: 4834=4832+2=4832⋅4832 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 167 mod 499

8: 4838=4834+4=4834⋅4834 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 444 mod 499

16: 48316=4838+8=4838⋅4838 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 31 mod 499

32: 48332=48316+16=48316⋅48316 ≡ 31⋅31=961 ≡ 462 mod 499

64: 48364=48332+32=48332⋅48332 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 371 mod 499

128: 483128=48364+64=48364⋅48364 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 416 mod 499

483220

= 483128+64+16+8+4

= 483128⋅48364⋅48316⋅4838⋅4834

416 ⋅ 371 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 mod 499
154336 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 mod 499 ≡ 145 ⋅ 31 ⋅ 444 ⋅ 167 mod 499
4495 ⋅ 444 ⋅ 167 mod 499 ≡ 4 ⋅ 444 ⋅ 167 mod 499
1776 ⋅ 167 mod 499 ≡ 279 ⋅ 167 mod 499
46593 mod 499 ≡ 186 mod 499

Es gilt also: 483220 ≡ 186 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 65.

Also bestimme x, so dass 65 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 65

=>101 = 1⋅65 + 36
=>65 = 1⋅36 + 29
=>36 = 1⋅29 + 7
=>29 = 4⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,65)=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= 29-4⋅7
7= 36-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -4⋅(36 -1⋅ 29)
= 1⋅29 -4⋅36 +4⋅ 29)
= -4⋅36 +5⋅ 29 (=1)
29= 65-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅36 +5⋅(65 -1⋅ 36)
= -4⋅36 +5⋅65 -5⋅ 36)
= 5⋅65 -9⋅ 36 (=1)
36= 101-1⋅65 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅65 -9⋅(101 -1⋅ 65)
= 5⋅65 -9⋅101 +9⋅ 65)
= -9⋅101 +14⋅ 65 (=1)

Es gilt also: ggt(101,65)=1 = -9⋅101 +14⋅65

oder wenn man -9⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅101 = +14⋅65

Es gilt also: 14⋅65 = 9⋅101 +1

Somit 14⋅65 = 1 mod 101

14 ist also das Inverse von 65 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.