Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 - 134) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 - 134) mod 7 ≡ (68 mod 7 - 134 mod 7) mod 7.

68 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 70-2 = 7 ⋅ 10 -2 = 7 ⋅ 10 - 7 + 5.

134 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 134 = 140-6 = 7 ⋅ 20 -6 = 7 ⋅ 20 - 7 + 1.

Somit gilt:

(68 - 134) mod 7 ≡ (5 - 1) mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 25) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 25) mod 10 ≡ (23 mod 10 ⋅ 25 mod 10) mod 10.

23 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 20 + 3 = 2 ⋅ 10 + 3 ist.

25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 25) mod 10 ≡ (3 ⋅ 5) mod 10 ≡ 15 mod 10 ≡ 5 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 700128 mod 709.

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. 700 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 7001=700

2: 7002=7001+1=7001⋅7001 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 81 mod 709

4: 7004=7002+2=7002⋅7002 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 180 mod 709

8: 7008=7004+4=7004⋅7004 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 495 mod 709

16: 70016=7008+8=7008⋅7008 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 420 mod 709

32: 70032=70016+16=70016⋅70016 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 568 mod 709

64: 70064=70032+32=70032⋅70032 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 29 mod 709

128: 700128=70064+64=70064⋅70064 ≡ 29⋅29=841 ≡ 132 mod 709

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 207227 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 2071=207

2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 437 mod 461

4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 115 mod 461

8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 317 mod 461

16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 452 mod 461

32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 81 mod 461

64: 20764=20732+32=20732⋅20732 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 107 mod 461

128: 207128=20764+64=20764⋅20764 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 385 mod 461

207227

= 207128+64+32+2+1

= 207128⋅20764⋅20732⋅2072⋅2071

≡ 385 ⋅ 107 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 41195 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461 ≡ 166 ⋅ 81 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 13446 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461 ≡ 77 ⋅ 437 ⋅ 207 mod 461
≡ 33649 ⋅ 207 mod 461 ≡ 457 ⋅ 207 mod 461
≡ 94599 mod 461 ≡ 94 mod 461

Es gilt also: 207227 ≡ 94 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44

=>67 = 1⋅44 + 23
=>44 = 1⋅23 + 21
=>23 = 1⋅21 + 2
=>21 = 10⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2
2= 23-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21)
= -10⋅23 +11⋅ 21 (=1)
21= 44-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23)
= 11⋅44 -21⋅ 23 (=1)
23= 67-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44)
= -21⋅67 +32⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44

oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅67 = +32⋅44

Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1

Somit 32⋅44 = 1 mod 67

32 ist also das Inverse von 44 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.