Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3005 + 24002) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3005 + 24002) mod 6 ≡ (3005 mod 6 + 24002 mod 6) mod 6.

3005 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3005 = 3000+5 = 6 ⋅ 500 +5.

24002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24002 = 24000+2 = 6 ⋅ 4000 +2.

Somit gilt:

(3005 + 24002) mod 6 ≡ (5 + 2) mod 6 ≡ 7 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (82 ⋅ 95) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(82 ⋅ 95) mod 4 ≡ (82 mod 4 ⋅ 95 mod 4) mod 4.

82 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 20 ⋅ 4 + 2 ist.

95 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 92 + 3 = 23 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(82 ⋅ 95) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 65216 mod 853.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 652 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 6521=652

2: 6522=6521+1=6521⋅6521 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 310 mod 853

4: 6524=6522+2=6522⋅6522 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 564 mod 853

8: 6528=6524+4=6524⋅6524 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 780 mod 853

16: 65216=6528+8=6528⋅6528 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 211 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 306136 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 136 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 136 an und zerlegen 136 in eine Summer von 2er-Potenzen:

136 = 128+8

1: 3061=306

2: 3062=3061+1=3061⋅3061 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 296 mod 359

4: 3064=3062+2=3062⋅3062 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 20 mod 359

8: 3068=3064+4=3064⋅3064 ≡ 20⋅20=400 ≡ 41 mod 359

16: 30616=3068+8=3068⋅3068 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 245 mod 359

32: 30632=30616+16=30616⋅30616 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 72 mod 359

64: 30664=30632+32=30632⋅30632 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 158 mod 359

128: 306128=30664+64=30664⋅30664 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 193 mod 359

306136

= 306128+8

= 306128⋅3068

193 ⋅ 41 mod 359
7913 mod 359 ≡ 15 mod 359

Es gilt also: 306136 ≡ 15 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 69

=>83 = 1⋅69 + 14
=>69 = 4⋅14 + 13
=>14 = 1⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,69)=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= 14-1⋅13
13= 69-4⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅14 -1⋅(69 -4⋅ 14)
= 1⋅14 -1⋅69 +4⋅ 14)
= -1⋅69 +5⋅ 14 (=1)
14= 83-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅69 +5⋅(83 -1⋅ 69)
= -1⋅69 +5⋅83 -5⋅ 69)
= 5⋅83 -6⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(83,69)=1 = 5⋅83 -6⋅69

oder wenn man 5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅83 = -6⋅69

-6⋅69 = -5⋅83 + 1 |+83⋅69

-6⋅69 + 83⋅69 = -5⋅83 + 83⋅69 + 1

(-6 + 83) ⋅ 69 = (-5 + 69) ⋅ 83 + 1

77⋅69 = 64⋅83 + 1

Es gilt also: 77⋅69 = 64⋅83 +1

Somit 77⋅69 = 1 mod 83

77 ist also das Inverse von 69 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.