Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1598 + 1200) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1598 + 1200) mod 4 ≡ (1598 mod 4 + 1200 mod 4) mod 4.

1598 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1598 = 1500+98 = 4 ⋅ 375 +98.

1200 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 4 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(1598 + 1200) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (39 ⋅ 37) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(39 ⋅ 37) mod 6 ≡ (39 mod 6 ⋅ 37 mod 6) mod 6.

39 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 6 ⋅ 6 + 3 ist.

37 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 6 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(39 ⋅ 37) mod 6 ≡ (3 ⋅ 1) mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 1058 mod 251.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 105 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1051=105

2: 1052=1051+1=1051⋅1051 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 232 mod 251

4: 1054=1052+2=1052⋅1052 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 110 mod 251

8: 1058=1054+4=1054⋅1054 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 52 mod 251

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49166 mod 569.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 66 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 66 an und zerlegen 66 in eine Summer von 2er-Potenzen:

66 = 64+2

1: 4911=491

2: 4912=4911+1=4911⋅4911 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 394 mod 569

4: 4914=4912+2=4912⋅4912 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 468 mod 569

8: 4918=4914+4=4914⋅4914 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 528 mod 569

16: 49116=4918+8=4918⋅4918 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 543 mod 569

32: 49132=49116+16=49116⋅49116 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 107 mod 569

64: 49164=49132+32=49132⋅49132 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 69 mod 569

49166

= 49164+2

= 49164⋅4912

69 ⋅ 394 mod 569
27186 mod 569 ≡ 443 mod 569

Es gilt also: 49166 ≡ 443 mod 569

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 90.

Also bestimme x, so dass 90 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 90

=>97 = 1⋅90 + 7
=>90 = 12⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,90)=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= 7-1⋅6
6= 90-12⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(90 -12⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅90 +12⋅ 7)
= -1⋅90 +13⋅ 7 (=1)
7= 97-1⋅90 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅90 +13⋅(97 -1⋅ 90)
= -1⋅90 +13⋅97 -13⋅ 90)
= 13⋅97 -14⋅ 90 (=1)

Es gilt also: ggt(97,90)=1 = 13⋅97 -14⋅90

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -14⋅90

-14⋅90 = -13⋅97 + 1 |+97⋅90

-14⋅90 + 97⋅90 = -13⋅97 + 97⋅90 + 1

(-14 + 97) ⋅ 90 = (-13 + 90) ⋅ 97 + 1

83⋅90 = 77⋅97 + 1

Es gilt also: 83⋅90 = 77⋅97 +1

Somit 83⋅90 = 1 mod 97

83 ist also das Inverse von 90 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.