Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (150 - 597) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(150 - 597) mod 3 ≡ (150 mod 3 - 597 mod 3) mod 3.

150 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 150 = 150+0 = 3 ⋅ 50 +0.

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

Somit gilt:

(150 - 597) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 90) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26 ⋅ 90) mod 10 ≡ (26 mod 10 ⋅ 90 mod 10) mod 10.

26 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 20 + 6 = 2 ⋅ 10 + 6 ist.

90 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 9 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(26 ⋅ 90) mod 10 ≡ (6 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 73916 mod 929.

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. 739 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 7391=739

2: 7392=7391+1=7391⋅7391 ≡ 739⋅739=546121 ≡ 798 mod 929

4: 7394=7392+2=7392⋅7392 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 439 mod 929

8: 7398=7394+4=7394⋅7394 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 418 mod 929

16: 73916=7398+8=7398⋅7398 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 72 mod 929

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 307150 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 150 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 150 an und zerlegen 150 in eine Summer von 2er-Potenzen:

150 = 128+16+4+2

1: 3071=307

2: 3072=3071+1=3071⋅3071 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 371 mod 643

4: 3074=3072+2=3072⋅3072 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 39 mod 643

8: 3078=3074+4=3074⋅3074 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 235 mod 643

16: 30716=3078+8=3078⋅3078 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 570 mod 643

32: 30732=30716+16=30716⋅30716 ≡ 570⋅570=324900 ≡ 185 mod 643

64: 30764=30732+32=30732⋅30732 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 146 mod 643

128: 307128=30764+64=30764⋅30764 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 97 mod 643

307150

= 307128+16+4+2

= 307128⋅30716⋅3074⋅3072

97 ⋅ 570 ⋅ 39 ⋅ 371 mod 643
55290 ⋅ 39 ⋅ 371 mod 643 ≡ 635 ⋅ 39 ⋅ 371 mod 643
24765 ⋅ 371 mod 643 ≡ 331 ⋅ 371 mod 643
122801 mod 643 ≡ 631 mod 643

Es gilt also: 307150 ≡ 631 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 77.

Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 77

=>89 = 1⋅77 + 12
=>77 = 6⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,77)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 77-6⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(77 -6⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅77 -30⋅ 12)
= 5⋅77 -32⋅ 12 (=1)
12= 89-1⋅77 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅77 -32⋅(89 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -32⋅89 +32⋅ 77)
= -32⋅89 +37⋅ 77 (=1)

Es gilt also: ggt(89,77)=1 = -32⋅89 +37⋅77

oder wenn man -32⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +32⋅89 = +37⋅77

Es gilt also: 37⋅77 = 32⋅89 +1

Somit 37⋅77 = 1 mod 89

37 ist also das Inverse von 77 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

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