Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (902 - 903) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(902 - 903) mod 3 ≡ (902 mod 3 - 903 mod 3) mod 3.

902 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 902 = 900+2 = 3 ⋅ 300 +2.

903 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 903 = 900+3 = 3 ⋅ 300 +3.

Somit gilt:

(902 - 903) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 83) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 83) mod 4 ≡ (53 mod 4 ⋅ 83 mod 4) mod 4.

53 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 52 + 1 = 13 ⋅ 4 + 1 ist.

83 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 20 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 83) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 95116 mod 983.

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. 951 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 9511=951

2: 9512=9511+1=9511⋅9511 ≡ 951⋅951=904401 ≡ 41 mod 983

4: 9514=9512+2=9512⋅9512 ≡ 41⋅41=1681 ≡ 698 mod 983

8: 9518=9514+4=9514⋅9514 ≡ 698⋅698=487204 ≡ 619 mod 983

16: 95116=9518+8=9518⋅9518 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 774 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 250192 mod 389.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 192 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 192 an und zerlegen 192 in eine Summer von 2er-Potenzen:

192 = 128+64

1: 2501=250

2: 2502=2501+1=2501⋅2501 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 260 mod 389

4: 2504=2502+2=2502⋅2502 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 303 mod 389

8: 2508=2504+4=2504⋅2504 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 5 mod 389

16: 25016=2508+8=2508⋅2508 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 389

32: 25032=25016+16=25016⋅25016 ≡ 25⋅25=625 ≡ 236 mod 389

64: 25064=25032+32=25032⋅25032 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 69 mod 389

128: 250128=25064+64=25064⋅25064 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 93 mod 389

250192

= 250128+64

= 250128⋅25064

93 ⋅ 69 mod 389
6417 mod 389 ≡ 193 mod 389

Es gilt also: 250192 ≡ 193 mod 389

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 35

=>83 = 2⋅35 + 13
=>35 = 2⋅13 + 9
=>13 = 1⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,35)=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= 9-2⋅4
4= 13-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(13 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅13 +2⋅ 9)
= -2⋅13 +3⋅ 9 (=1)
9= 35-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅13 +3⋅(35 -2⋅ 13)
= -2⋅13 +3⋅35 -6⋅ 13)
= 3⋅35 -8⋅ 13 (=1)
13= 83-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅35 -8⋅(83 -2⋅ 35)
= 3⋅35 -8⋅83 +16⋅ 35)
= -8⋅83 +19⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(83,35)=1 = -8⋅83 +19⋅35

oder wenn man -8⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +8⋅83 = +19⋅35

Es gilt also: 19⋅35 = 8⋅83 +1

Somit 19⋅35 = 1 mod 83

19 ist also das Inverse von 35 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.