Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (172 - 909) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(172 - 909) mod 9 ≡ (172 mod 9 - 909 mod 9) mod 9.

172 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 172 = 180-8 = 9 ⋅ 20 -8 = 9 ⋅ 20 - 9 + 1.

909 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 909 = 900+9 = 9 ⋅ 100 +9.

Somit gilt:

(172 - 909) mod 9 ≡ (1 - 0) mod 9 ≡ 1 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 33) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 33) mod 3 ≡ (15 mod 3 ⋅ 33 mod 3) mod 3.

15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.

33 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 11 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 33) mod 3 ≡ (0 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37016 mod 947.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 370 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 3701=370

2: 3702=3701+1=3701⋅3701 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 532 mod 947

4: 3704=3702+2=3702⋅3702 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 818 mod 947

8: 3708=3704+4=3704⋅3704 ≡ 818⋅818=669124 ≡ 542 mod 947

16: 37016=3708+8=3708⋅3708 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 194 mod 947

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 540222 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 222 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 222 an und zerlegen 222 in eine Summer von 2er-Potenzen:

222 = 128+64+16+8+4+2

1: 5401=540

2: 5402=5401+1=5401⋅5401 ≡ 540⋅540=291600 ≡ 258 mod 823

4: 5404=5402+2=5402⋅5402 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 724 mod 823

8: 5408=5404+4=5404⋅5404 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 748 mod 823

16: 54016=5408+8=5408⋅5408 ≡ 748⋅748=559504 ≡ 687 mod 823

32: 54032=54016+16=54016⋅54016 ≡ 687⋅687=471969 ≡ 390 mod 823

64: 54064=54032+32=54032⋅54032 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 668 mod 823

128: 540128=54064+64=54064⋅54064 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 158 mod 823

540222

= 540128+64+16+8+4+2

= 540128⋅54064⋅54016⋅5408⋅5404⋅5402

158 ⋅ 668 ⋅ 687 ⋅ 748 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823
105544 ⋅ 687 ⋅ 748 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823 ≡ 200 ⋅ 687 ⋅ 748 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823
137400 ⋅ 748 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823 ≡ 782 ⋅ 748 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823
584936 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823 ≡ 606 ⋅ 724 ⋅ 258 mod 823
438744 ⋅ 258 mod 823 ≡ 85 ⋅ 258 mod 823
21930 mod 823 ≡ 532 mod 823

Es gilt also: 540222 ≡ 532 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 21.

Also bestimme x, so dass 21 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 21

=>59 = 2⋅21 + 17
=>21 = 1⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,21)=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= 17-4⋅4
4= 21-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(21 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅21 +4⋅ 17)
= -4⋅21 +5⋅ 17 (=1)
17= 59-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅21 +5⋅(59 -2⋅ 21)
= -4⋅21 +5⋅59 -10⋅ 21)
= 5⋅59 -14⋅ 21 (=1)

Es gilt also: ggt(59,21)=1 = 5⋅59 -14⋅21

oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅59 = -14⋅21

-14⋅21 = -5⋅59 + 1 |+59⋅21

-14⋅21 + 59⋅21 = -5⋅59 + 59⋅21 + 1

(-14 + 59) ⋅ 21 = (-5 + 21) ⋅ 59 + 1

45⋅21 = 16⋅59 + 1

Es gilt also: 45⋅21 = 16⋅59 +1

Somit 45⋅21 = 1 mod 59

45 ist also das Inverse von 21 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.