Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (29998 - 301) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(29998 - 301) mod 6 ≡ (29998 mod 6 - 301 mod 6) mod 6.

29998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29998 = 30000-2 = 6 ⋅ 5000 -2 = 6 ⋅ 5000 - 6 + 4.

301 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 301 = 300+1 = 6 ⋅ 50 +1.

Somit gilt:

(29998 - 301) mod 6 ≡ (4 - 1) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 27) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 27) mod 6 ≡ (21 mod 6 ⋅ 27 mod 6) mod 6.

21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.

27 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 24 + 3 = 4 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 27) mod 6 ≡ (3 ⋅ 3) mod 6 ≡ 9 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 69464 mod 937.

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. 694 -> x
2. mod(x²,937) -> 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: 6941=694

2: 6942=6941+1=6941⋅6941 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 18 mod 937

4: 6944=6942+2=6942⋅6942 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 937

8: 6948=6944+4=6944⋅6944 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 32 mod 937

16: 69416=6948+8=6948⋅6948 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 87 mod 937

32: 69432=69416+16=69416⋅69416 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 73 mod 937

64: 69464=69432+32=69432⋅69432 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 644 mod 937

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 435143 mod 569.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:

143 = 128+8+4+2+1

1: 4351=435

2: 4352=4351+1=4351⋅4351 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 317 mod 569

4: 4354=4352+2=4352⋅4352 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 345 mod 569

8: 4358=4354+4=4354⋅4354 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 104 mod 569

16: 43516=4358+8=4358⋅4358 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 5 mod 569

32: 43532=43516+16=43516⋅43516 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 569

64: 43564=43532+32=43532⋅43532 ≡ 25⋅25=625 ≡ 56 mod 569

128: 435128=43564+64=43564⋅43564 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 291 mod 569

435143

= 435128+8+4+2+1

= 435128⋅4358⋅4354⋅4352⋅4351

291 ⋅ 104 ⋅ 345 ⋅ 317 ⋅ 435 mod 569
30264 ⋅ 345 ⋅ 317 ⋅ 435 mod 569 ≡ 107 ⋅ 345 ⋅ 317 ⋅ 435 mod 569
36915 ⋅ 317 ⋅ 435 mod 569 ≡ 499 ⋅ 317 ⋅ 435 mod 569
158183 ⋅ 435 mod 569 ≡ 1 ⋅ 435 mod 569
435 mod 569

Es gilt also: 435143 ≡ 435 mod 569

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 42

=>89 = 2⋅42 + 5
=>42 = 8⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,42)=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= 42-8⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(42 -8⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅42 +16⋅ 5)
= -2⋅42 +17⋅ 5 (=1)
5= 89-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +17⋅(89 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +17⋅89 -34⋅ 42)
= 17⋅89 -36⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(89,42)=1 = 17⋅89 -36⋅42

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -36⋅42

-36⋅42 = -17⋅89 + 1 |+89⋅42

-36⋅42 + 89⋅42 = -17⋅89 + 89⋅42 + 1

(-36 + 89) ⋅ 42 = (-17 + 42) ⋅ 89 + 1

53⋅42 = 25⋅89 + 1

Es gilt also: 53⋅42 = 25⋅89 +1

Somit 53⋅42 = 1 mod 89

53 ist also das Inverse von 42 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.