Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (262 + 8999) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(262 + 8999) mod 9 ≡ (262 mod 9 + 8999 mod 9) mod 9.

262 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 262 = 270-8 = 9 ⋅ 30 -8 = 9 ⋅ 30 - 9 + 1.

8999 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8999 = 9000-1 = 9 ⋅ 1000 -1 = 9 ⋅ 1000 - 9 + 8.

Somit gilt:

(262 + 8999) mod 9 ≡ (1 + 8) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 32) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 32) mod 10 ≡ (21 mod 10 ⋅ 32 mod 10) mod 10.

21 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 20 + 1 = 2 ⋅ 10 + 1 ist.

32 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 3 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 32) mod 10 ≡ (1 ⋅ 2) mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 240128 mod 761.

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. 240 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 2401=240

2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 525 mod 761

4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 143 mod 761

8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 663 mod 761

16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 472 mod 761

32: 24032=24016+16=24016⋅24016 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 572 mod 761

64: 24064=24032+32=24032⋅24032 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 715 mod 761

128: 240128=24064+64=24064⋅24064 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 594 mod 761

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32574 mod 571.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 74 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 74 an und zerlegen 74 in eine Summer von 2er-Potenzen:

74 = 64+8+2

1: 3251=325

2: 3252=3251+1=3251⋅3251 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 561 mod 571

4: 3254=3252+2=3252⋅3252 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 100 mod 571

8: 3258=3254+4=3254⋅3254 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 293 mod 571

16: 32516=3258+8=3258⋅3258 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 199 mod 571

32: 32532=32516+16=32516⋅32516 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 202 mod 571

64: 32564=32532+32=32532⋅32532 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 263 mod 571

32574

= 32564+8+2

= 32564⋅3258⋅3252

263 ⋅ 293 ⋅ 561 mod 571
77059 ⋅ 561 mod 571 ≡ 545 ⋅ 561 mod 571
305745 mod 571 ≡ 260 mod 571

Es gilt also: 32574 ≡ 260 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48

=>71 = 1⋅48 + 23
=>48 = 2⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2
2= 48-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23)
= -11⋅48 +23⋅ 23 (=1)
23= 71-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48)
= 23⋅71 -34⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48

oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -23⋅71 = -34⋅48

-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48

-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1

(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1

37⋅48 = 25⋅71 + 1

Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1

Somit 37⋅48 = 1 mod 71

37 ist also das Inverse von 48 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.