Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35998 - 272) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35998 - 272) mod 9 ≡ (35998 mod 9 - 272 mod 9) mod 9.

35998 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35998 = 36000-2 = 9 ⋅ 4000 -2 = 9 ⋅ 4000 - 9 + 7.

272 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 272 = 270+2 = 9 ⋅ 30 +2.

Somit gilt:

(35998 - 272) mod 9 ≡ (7 - 2) mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 58) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 58) mod 8 ≡ (64 mod 8 ⋅ 58 mod 8) mod 8.

64 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 8 ⋅ 8 + 0 ist.

58 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 7 ⋅ 8 + 2 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 58) mod 8 ≡ (0 ⋅ 2) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44532 mod 563.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 445 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 4451=445

2: 4452=4451+1=4451⋅4451 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 412 mod 563

4: 4454=4452+2=4452⋅4452 ≡ 412⋅412=169744 ≡ 281 mod 563

8: 4458=4454+4=4454⋅4454 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 141 mod 563

16: 44516=4458+8=4458⋅4458 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 176 mod 563

32: 44532=44516+16=44516⋅44516 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 11 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 397113 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 113 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 113 an und zerlegen 113 in eine Summer von 2er-Potenzen:

113 = 64+32+16+1

1: 3971=397

2: 3972=3971+1=3971⋅3971 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 490 mod 631

4: 3974=3972+2=3972⋅3972 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 320 mod 631

8: 3978=3974+4=3974⋅3974 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 178 mod 631

16: 39716=3978+8=3978⋅3978 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 134 mod 631

32: 39732=39716+16=39716⋅39716 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 288 mod 631

64: 39764=39732+32=39732⋅39732 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 283 mod 631

397113

= 39764+32+16+1

= 39764⋅39732⋅39716⋅3971

283 ⋅ 288 ⋅ 134 ⋅ 397 mod 631
81504 ⋅ 134 ⋅ 397 mod 631 ≡ 105 ⋅ 134 ⋅ 397 mod 631
14070 ⋅ 397 mod 631 ≡ 188 ⋅ 397 mod 631
74636 mod 631 ≡ 178 mod 631

Es gilt also: 397113 ≡ 178 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 43

=>101 = 2⋅43 + 15
=>43 = 2⋅15 + 13
=>15 = 1⋅13 + 2
=>13 = 6⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,43)=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= 13-6⋅2
2= 15-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -6⋅(15 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅15 +6⋅ 13)
= -6⋅15 +7⋅ 13 (=1)
13= 43-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅15 +7⋅(43 -2⋅ 15)
= -6⋅15 +7⋅43 -14⋅ 15)
= 7⋅43 -20⋅ 15 (=1)
15= 101-2⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅43 -20⋅(101 -2⋅ 43)
= 7⋅43 -20⋅101 +40⋅ 43)
= -20⋅101 +47⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(101,43)=1 = -20⋅101 +47⋅43

oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅101 = +47⋅43

Es gilt also: 47⋅43 = 20⋅101 +1

Somit 47⋅43 = 1 mod 101

47 ist also das Inverse von 43 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.