Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1501 + 11997) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1501 + 11997) mod 3 ≡ (1501 mod 3 + 11997 mod 3) mod 3.

1501 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1501 = 1500+1 = 3 ⋅ 500 +1.

11997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 12000-3 = 3 ⋅ 4000 -3 = 3 ⋅ 4000 - 3 + 0.

Somit gilt:

(1501 + 11997) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 49) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(91 ⋅ 49) mod 3 ≡ (91 mod 3 ⋅ 49 mod 3) mod 3.

91 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 30 ⋅ 3 + 1 ist.

49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(91 ⋅ 49) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 16732 mod 263.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 167 -> x
2. mod(x²,263) -> 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: 1671=167

2: 1672=1671+1=1671⋅1671 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 11 mod 263

4: 1674=1672+2=1672⋅1672 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 263

8: 1678=1674+4=1674⋅1674 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 176 mod 263

16: 16716=1678+8=1678⋅1678 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 205 mod 263

32: 16732=16716+16=16716⋅16716 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 208 mod 263

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 505185 mod 617.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 5051=505

2: 5052=5051+1=5051⋅5051 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 204 mod 617

4: 5054=5052+2=5052⋅5052 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 277 mod 617

8: 5058=5054+4=5054⋅5054 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 221 mod 617

16: 50516=5058+8=5058⋅5058 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 98 mod 617

32: 50532=50516+16=50516⋅50516 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 349 mod 617

64: 50564=50532+32=50532⋅50532 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 252 mod 617

128: 505128=50564+64=50564⋅50564 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 570 mod 617

505185

= 505128+32+16+8+1

= 505128⋅50532⋅50516⋅5058⋅5051

570 ⋅ 349 ⋅ 98 ⋅ 221 ⋅ 505 mod 617
198930 ⋅ 98 ⋅ 221 ⋅ 505 mod 617 ≡ 256 ⋅ 98 ⋅ 221 ⋅ 505 mod 617
25088 ⋅ 221 ⋅ 505 mod 617 ≡ 408 ⋅ 221 ⋅ 505 mod 617
90168 ⋅ 505 mod 617 ≡ 86 ⋅ 505 mod 617
43430 mod 617 ≡ 240 mod 617

Es gilt also: 505185 ≡ 240 mod 617

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 89.

Also bestimme x, so dass 89 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 89

=>101 = 1⋅89 + 12
=>89 = 7⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,89)=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= 89-7⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(89 -7⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅89 -35⋅ 12)
= 5⋅89 -37⋅ 12 (=1)
12= 101-1⋅89 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅89 -37⋅(101 -1⋅ 89)
= 5⋅89 -37⋅101 +37⋅ 89)
= -37⋅101 +42⋅ 89 (=1)

Es gilt also: ggt(101,89)=1 = -37⋅101 +42⋅89

oder wenn man -37⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +37⋅101 = +42⋅89

Es gilt also: 42⋅89 = 37⋅101 +1

Somit 42⋅89 = 1 mod 101

42 ist also das Inverse von 89 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.