Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2094 + 286) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2094 + 286) mod 7 ≡ (2094 mod 7 + 286 mod 7) mod 7.

2094 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2094 = 2100-6 = 7 ⋅ 300 -6 = 7 ⋅ 300 - 7 + 1.

286 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 286 = 280+6 = 7 ⋅ 40 +6.

Somit gilt:

(2094 + 286) mod 7 ≡ (1 + 6) mod 7 ≡ 7 mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (76 ⋅ 60) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(76 ⋅ 60) mod 10 ≡ (76 mod 10 ⋅ 60 mod 10) mod 10.

76 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 70 + 6 = 7 ⋅ 10 + 6 ist.

60 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 6 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(76 ⋅ 60) mod 10 ≡ (6 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 184128 mod 283.

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. 184 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 179 mod 283

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 62 mod 283

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 165 mod 283

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 57 mod 283

32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 136 mod 283

64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 101 mod 283

128: 184128=18464+64=18464⋅18464 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 13 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 797156 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 156 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 156 an und zerlegen 156 in eine Summer von 2er-Potenzen:

156 = 128+16+8+4

1: 7971=797

2: 7972=7971+1=7971⋅7971 ≡ 797⋅797=635209 ≡ 117 mod 887

4: 7974=7972+2=7972⋅7972 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 384 mod 887

8: 7978=7974+4=7974⋅7974 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 214 mod 887

16: 79716=7978+8=7978⋅7978 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 559 mod 887

32: 79732=79716+16=79716⋅79716 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 257 mod 887

64: 79764=79732+32=79732⋅79732 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 411 mod 887

128: 797128=79764+64=79764⋅79764 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 391 mod 887

797156

= 797128+16+8+4

= 797128⋅79716⋅7978⋅7974

391 ⋅ 559 ⋅ 214 ⋅ 384 mod 887
218569 ⋅ 214 ⋅ 384 mod 887 ≡ 367 ⋅ 214 ⋅ 384 mod 887
78538 ⋅ 384 mod 887 ≡ 482 ⋅ 384 mod 887
185088 mod 887 ≡ 592 mod 887

Es gilt also: 797156 ≡ 592 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 45

=>79 = 1⋅45 + 34
=>45 = 1⋅34 + 11
=>34 = 3⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,45)=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= 34-3⋅11
11= 45-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -3⋅(45 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -3⋅45 +3⋅ 34)
= -3⋅45 +4⋅ 34 (=1)
34= 79-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅45 +4⋅(79 -1⋅ 45)
= -3⋅45 +4⋅79 -4⋅ 45)
= 4⋅79 -7⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(79,45)=1 = 4⋅79 -7⋅45

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -7⋅45

-7⋅45 = -4⋅79 + 1 |+79⋅45

-7⋅45 + 79⋅45 = -4⋅79 + 79⋅45 + 1

(-7 + 79) ⋅ 45 = (-4 + 45) ⋅ 79 + 1

72⋅45 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 72⋅45 = 41⋅79 +1

Somit 72⋅45 = 1 mod 79

72 ist also das Inverse von 45 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.