Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (287 + 211) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(287 + 211) mod 7 ≡ (287 mod 7 + 211 mod 7) mod 7.

287 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 287 = 280+7 = 7 ⋅ 40 +7.

211 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 211 = 210+1 = 7 ⋅ 30 +1.

Somit gilt:

(287 + 211) mod 7 ≡ (0 + 1) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 37) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 37) mod 7 ≡ (58 mod 7 ⋅ 37 mod 7) mod 7.

58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.

37 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 5 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 37) mod 7 ≡ (2 ⋅ 2) mod 7 ≡ 4 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 4078 mod 613.

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. 407 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 4071=407

2: 4072=4071+1=4071⋅4071 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 139 mod 613

4: 4074=4072+2=4072⋅4072 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 318 mod 613

8: 4078=4074+4=4074⋅4074 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 592 mod 613

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 997190 mod 1009.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:

190 = 128+32+16+8+4+2

1: 9971=997

2: 9972=9971+1=9971⋅9971 ≡ 997⋅997=994009 ≡ 144 mod 1009

4: 9974=9972+2=9972⋅9972 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 556 mod 1009

8: 9978=9974+4=9974⋅9974 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 382 mod 1009

16: 99716=9978+8=9978⋅9978 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 628 mod 1009

32: 99732=99716+16=99716⋅99716 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 874 mod 1009

64: 99764=99732+32=99732⋅99732 ≡ 874⋅874=763876 ≡ 63 mod 1009

128: 997128=99764+64=99764⋅99764 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 942 mod 1009

997190

= 997128+32+16+8+4+2

= 997128⋅99732⋅99716⋅9978⋅9974⋅9972

942 ⋅ 874 ⋅ 628 ⋅ 382 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009
823308 ⋅ 628 ⋅ 382 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009 ≡ 973 ⋅ 628 ⋅ 382 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009
611044 ⋅ 382 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009 ≡ 599 ⋅ 382 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009
228818 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009 ≡ 784 ⋅ 556 ⋅ 144 mod 1009
435904 ⋅ 144 mod 1009 ≡ 16 ⋅ 144 mod 1009
2304 mod 1009 ≡ 286 mod 1009

Es gilt also: 997190 ≡ 286 mod 1009

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 40

=>89 = 2⋅40 + 9
=>40 = 4⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,40)=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= 40-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(40 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅40 +8⋅ 9)
= -2⋅40 +9⋅ 9 (=1)
9= 89-2⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +9⋅(89 -2⋅ 40)
= -2⋅40 +9⋅89 -18⋅ 40)
= 9⋅89 -20⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(89,40)=1 = 9⋅89 -20⋅40

oder wenn man 9⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅89 = -20⋅40

-20⋅40 = -9⋅89 + 1 |+89⋅40

-20⋅40 + 89⋅40 = -9⋅89 + 89⋅40 + 1

(-20 + 89) ⋅ 40 = (-9 + 40) ⋅ 89 + 1

69⋅40 = 31⋅89 + 1

Es gilt also: 69⋅40 = 31⋅89 +1

Somit 69⋅40 = 1 mod 89

69 ist also das Inverse von 40 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.