Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (320 + 23998) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(320 + 23998) mod 8 ≡ (320 mod 8 + 23998 mod 8) mod 8.

320 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 320 = 320+0 = 8 ⋅ 40 +0.

23998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23998 = 23000+998 = 8 ⋅ 2875 +998.

Somit gilt:

(320 + 23998) mod 8 ≡ (0 + 6) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 24) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 24) mod 6 ≡ (70 mod 6 ⋅ 24 mod 6) mod 6.

70 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 11 ⋅ 6 + 4 ist.

24 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 4 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(70 ⋅ 24) mod 6 ≡ (4 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 661128 mod 739.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 661 -> x
2. mod(x²,739) -> 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: 6611=661

2: 6612=6611+1=6611⋅6611 ≡ 661⋅661=436921 ≡ 172 mod 739

4: 6614=6612+2=6612⋅6612 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 24 mod 739

8: 6618=6614+4=6614⋅6614 ≡ 24⋅24=576 ≡ 576 mod 739

16: 66116=6618+8=6618⋅6618 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 704 mod 739

32: 66132=66116+16=66116⋅66116 ≡ 704⋅704=495616 ≡ 486 mod 739

64: 66164=66132+32=66132⋅66132 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 455 mod 739

128: 661128=66164+64=66164⋅66164 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 105 mod 739

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 481101 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 101 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 101 an und zerlegen 101 in eine Summer von 2er-Potenzen:

101 = 64+32+4+1

1: 4811=481

2: 4812=4811+1=4811⋅4811 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 474 mod 619

4: 4814=4812+2=4812⋅4812 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 598 mod 619

8: 4818=4814+4=4814⋅4814 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 441 mod 619

16: 48116=4818+8=4818⋅4818 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 115 mod 619

32: 48132=48116+16=48116⋅48116 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 226 mod 619

64: 48164=48132+32=48132⋅48132 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 318 mod 619

481101

= 48164+32+4+1

= 48164⋅48132⋅4814⋅4811

318 ⋅ 226 ⋅ 598 ⋅ 481 mod 619
71868 ⋅ 598 ⋅ 481 mod 619 ≡ 64 ⋅ 598 ⋅ 481 mod 619
38272 ⋅ 481 mod 619 ≡ 513 ⋅ 481 mod 619
246753 mod 619 ≡ 391 mod 619

Es gilt also: 481101 ≡ 391 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 80.

Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 80

=>89 = 1⋅80 + 9
=>80 = 8⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,80)=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= 9-1⋅8
8= 80-8⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(80 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅80 +8⋅ 9)
= -1⋅80 +9⋅ 9 (=1)
9= 89-1⋅80 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅80 +9⋅(89 -1⋅ 80)
= -1⋅80 +9⋅89 -9⋅ 80)
= 9⋅89 -10⋅ 80 (=1)

Es gilt also: ggt(89,80)=1 = 9⋅89 -10⋅80

oder wenn man 9⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅89 = -10⋅80

-10⋅80 = -9⋅89 + 1 |+89⋅80

-10⋅80 + 89⋅80 = -9⋅89 + 89⋅80 + 1

(-10 + 89) ⋅ 80 = (-9 + 80) ⋅ 89 + 1

79⋅80 = 71⋅89 + 1

Es gilt also: 79⋅80 = 71⋅89 +1

Somit 79⋅80 = 1 mod 89

79 ist also das Inverse von 80 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.