Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (804 + 15999) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(804 + 15999) mod 4 ≡ (804 mod 4 + 15999 mod 4) mod 4.

804 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 804 = 800+4 = 4 ⋅ 200 +4.

15999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15999 = 15000+999 = 4 ⋅ 3750 +999.

Somit gilt:

(804 + 15999) mod 4 ≡ (0 + 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 19) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 19) mod 10 ≡ (51 mod 10 ⋅ 19 mod 10) mod 10.

51 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 50 + 1 = 5 ⋅ 10 + 1 ist.

19 mod 10 ≡ 9 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 10 + 9 = 1 ⋅ 10 + 9 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 19) mod 10 ≡ (1 ⋅ 9) mod 10 ≡ 9 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21816 mod 337.

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. 218 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 2181=218

2: 2182=2181+1=2181⋅2181 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 7 mod 337

4: 2184=2182+2=2182⋅2182 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 337

8: 2188=2184+4=2184⋅2184 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 42 mod 337

16: 21816=2188+8=2188⋅2188 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 79 mod 337

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 186176 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 176 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 176 an und zerlegen 176 in eine Summer von 2er-Potenzen:

176 = 128+32+16

1: 1861=186

2: 1862=1861+1=1861⋅1861 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 222 mod 337

4: 1864=1862+2=1862⋅1862 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 82 mod 337

8: 1868=1864+4=1864⋅1864 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 321 mod 337

16: 18616=1868+8=1868⋅1868 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 256 mod 337

32: 18632=18616+16=18616⋅18616 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 158 mod 337

64: 18664=18632+32=18632⋅18632 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 26 mod 337

128: 186128=18664+64=18664⋅18664 ≡ 26⋅26=676 ≡ 2 mod 337

186176

= 186128+32+16

= 186128⋅18632⋅18616

2 ⋅ 158 ⋅ 256 mod 337
316 ⋅ 256 mod 337
80896 mod 337 ≡ 16 mod 337

Es gilt also: 186176 ≡ 16 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 56

=>59 = 1⋅56 + 3
=>56 = 18⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,56)=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= 3-1⋅2
2= 56-18⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(56 -18⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅56 +18⋅ 3)
= -1⋅56 +19⋅ 3 (=1)
3= 59-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅56 +19⋅(59 -1⋅ 56)
= -1⋅56 +19⋅59 -19⋅ 56)
= 19⋅59 -20⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(59,56)=1 = 19⋅59 -20⋅56

oder wenn man 19⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -19⋅59 = -20⋅56

-20⋅56 = -19⋅59 + 1 |+59⋅56

-20⋅56 + 59⋅56 = -19⋅59 + 59⋅56 + 1

(-20 + 59) ⋅ 56 = (-19 + 56) ⋅ 59 + 1

39⋅56 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 39⋅56 = 37⋅59 +1

Somit 39⋅56 = 1 mod 59

39 ist also das Inverse von 56 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.