Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1500 - 25005) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1500 - 25005) mod 5 ≡ (1500 mod 5 - 25005 mod 5) mod 5.

1500 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500 = 1500+0 = 5 ⋅ 300 +0.

25005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25005 = 25000+5 = 5 ⋅ 5000 +5.

Somit gilt:

(1500 - 25005) mod 5 ≡ (0 - 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 84) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 84) mod 5 ≡ (83 mod 5 ⋅ 84 mod 5) mod 5.

83 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 16 ⋅ 5 + 3 ist.

84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 84) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 968 mod 223.

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. 96 -> x
2. mod(x²,223) -> 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: 961=96

2: 962=961+1=961⋅961 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 73 mod 223

4: 964=962+2=962⋅962 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 200 mod 223

8: 968=964+4=964⋅964 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 83 mod 223

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23392 mod 607.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 92 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 92 an und zerlegen 92 in eine Summer von 2er-Potenzen:

92 = 64+16+8+4

1: 2331=233

2: 2332=2331+1=2331⋅2331 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 266 mod 607

4: 2334=2332+2=2332⋅2332 ≡ 266⋅266=70756 ≡ 344 mod 607

8: 2338=2334+4=2334⋅2334 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 578 mod 607

16: 23316=2338+8=2338⋅2338 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 234 mod 607

32: 23332=23316+16=23316⋅23316 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 126 mod 607

64: 23364=23332+32=23332⋅23332 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 94 mod 607

23392

= 23364+16+8+4

= 23364⋅23316⋅2338⋅2334

94 ⋅ 234 ⋅ 578 ⋅ 344 mod 607
21996 ⋅ 578 ⋅ 344 mod 607 ≡ 144 ⋅ 578 ⋅ 344 mod 607
83232 ⋅ 344 mod 607 ≡ 73 ⋅ 344 mod 607
25112 mod 607 ≡ 225 mod 607

Es gilt also: 23392 ≡ 225 mod 607

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 63

=>73 = 1⋅63 + 10
=>63 = 6⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,63)=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= 10-3⋅3
3= 63-6⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(63 -6⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅63 +18⋅ 10)
= -3⋅63 +19⋅ 10 (=1)
10= 73-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅63 +19⋅(73 -1⋅ 63)
= -3⋅63 +19⋅73 -19⋅ 63)
= 19⋅73 -22⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(73,63)=1 = 19⋅73 -22⋅63

oder wenn man 19⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -19⋅73 = -22⋅63

-22⋅63 = -19⋅73 + 1 |+73⋅63

-22⋅63 + 73⋅63 = -19⋅73 + 73⋅63 + 1

(-22 + 73) ⋅ 63 = (-19 + 63) ⋅ 73 + 1

51⋅63 = 44⋅73 + 1

Es gilt also: 51⋅63 = 44⋅73 +1

Somit 51⋅63 = 1 mod 73

51 ist also das Inverse von 63 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.