Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (182 + 8995) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(182 + 8995) mod 9 ≡ (182 mod 9 + 8995 mod 9) mod 9.

182 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 182 = 180+2 = 9 ⋅ 20 +2.

8995 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8995 = 9000-5 = 9 ⋅ 1000 -5 = 9 ⋅ 1000 - 9 + 4.

Somit gilt:

(182 + 8995) mod 9 ≡ (2 + 4) mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16 ⋅ 99) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16 ⋅ 99) mod 10 ≡ (16 mod 10 ⋅ 99 mod 10) mod 10.

16 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 10 + 6 = 1 ⋅ 10 + 6 ist.

99 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 90 + 9 = 9 ⋅ 10 + 9 ist.

Somit gilt:

(16 ⋅ 99) mod 10 ≡ (6 ⋅ 9) mod 10 ≡ 54 mod 10 ≡ 4 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 9178 mod 953.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 917 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 9171=917

2: 9172=9171+1=9171⋅9171 ≡ 917⋅917=840889 ≡ 343 mod 953

4: 9174=9172+2=9172⋅9172 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 430 mod 953

8: 9178=9174+4=9174⋅9174 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 18 mod 953

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 348163 mod 773.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 163 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 163 an und zerlegen 163 in eine Summer von 2er-Potenzen:

163 = 128+32+2+1

1: 3481=348

2: 3482=3481+1=3481⋅3481 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 516 mod 773

4: 3484=3482+2=3482⋅3482 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 344 mod 773

8: 3488=3484+4=3484⋅3484 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 67 mod 773

16: 34816=3488+8=3488⋅3488 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 624 mod 773

32: 34832=34816+16=34816⋅34816 ≡ 624⋅624=389376 ≡ 557 mod 773

64: 34864=34832+32=34832⋅34832 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 276 mod 773

128: 348128=34864+64=34864⋅34864 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 422 mod 773

348163

= 348128+32+2+1

= 348128⋅34832⋅3482⋅3481

≡ 422 ⋅ 557 ⋅ 516 ⋅ 348 mod 773
≡ 235054 ⋅ 516 ⋅ 348 mod 773 ≡ 62 ⋅ 516 ⋅ 348 mod 773
≡ 31992 ⋅ 348 mod 773 ≡ 299 ⋅ 348 mod 773
≡ 104052 mod 773 ≡ 470 mod 773

Es gilt also: 348163 ≡ 470 mod 773

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 41

=>53 = 1⋅41 + 12
=>41 = 3⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,41)=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= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 41-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(41 -3⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅41 -15⋅ 12)
= 5⋅41 -17⋅ 12 (=1)
12= 53-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅41 -17⋅(53 -1⋅ 41)
= 5⋅41 -17⋅53 +17⋅ 41)
= -17⋅53 +22⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(53,41)=1 = -17⋅53 +22⋅41

oder wenn man -17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅53 = +22⋅41

Es gilt also: 22⋅41 = 17⋅53 +1

Somit 22⋅41 = 1 mod 53

22 ist also das Inverse von 41 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.