Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1003 - 996) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1003 - 996) mod 5 ≡ (1003 mod 5 - 996 mod 5) mod 5.

1003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1003 = 1000+3 = 5 ⋅ 200 +3.

996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 996 = 900+96 = 5 ⋅ 180 +96.

Somit gilt:

(1003 - 996) mod 5 ≡ (3 - 1) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 16) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 16) mod 11 ≡ (34 mod 11 ⋅ 16 mod 11) mod 11.

34 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 3 ⋅ 11 + 1 ist.

16 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 11 + 5 = 1 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 16) mod 11 ≡ (1 ⋅ 5) mod 11 ≡ 5 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38364 mod 953.

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. 383 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 3831=383

2: 3832=3831+1=3831⋅3831 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 880 mod 953

4: 3834=3832+2=3832⋅3832 ≡ 880⋅880=774400 ≡ 564 mod 953

8: 3838=3834+4=3834⋅3834 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 747 mod 953

16: 38316=3838+8=3838⋅3838 ≡ 747⋅747=558009 ≡ 504 mod 953

32: 38332=38316+16=38316⋅38316 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 518 mod 953

64: 38364=38332+32=38332⋅38332 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 531 mod 953

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 116232 mod 311.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 232 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 232 an und zerlegen 232 in eine Summer von 2er-Potenzen:

232 = 128+64+32+8

1: 1161=116

2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 83 mod 311

4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 47 mod 311

8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 32 mod 311

16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 91 mod 311

32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 195 mod 311

64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 83 mod 311

128: 116128=11664+64=11664⋅11664 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 47 mod 311

116232

= 116128+64+32+8

= 116128⋅11664⋅11632⋅1168

47 ⋅ 83 ⋅ 195 ⋅ 32 mod 311
3901 ⋅ 195 ⋅ 32 mod 311 ≡ 169 ⋅ 195 ⋅ 32 mod 311
32955 ⋅ 32 mod 311 ≡ 300 ⋅ 32 mod 311
9600 mod 311 ≡ 270 mod 311

Es gilt also: 116232 ≡ 270 mod 311

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 63

=>83 = 1⋅63 + 20
=>63 = 3⋅20 + 3
=>20 = 6⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,63)=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= 3-1⋅2
2= 20-6⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(20 -6⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅20 +6⋅ 3)
= -1⋅20 +7⋅ 3 (=1)
3= 63-3⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅20 +7⋅(63 -3⋅ 20)
= -1⋅20 +7⋅63 -21⋅ 20)
= 7⋅63 -22⋅ 20 (=1)
20= 83-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅63 -22⋅(83 -1⋅ 63)
= 7⋅63 -22⋅83 +22⋅ 63)
= -22⋅83 +29⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(83,63)=1 = -22⋅83 +29⋅63

oder wenn man -22⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +22⋅83 = +29⋅63

Es gilt also: 29⋅63 = 22⋅83 +1

Somit 29⋅63 = 1 mod 83

29 ist also das Inverse von 63 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.