Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8997 - 15003) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8997 - 15003) mod 3 ≡ (8997 mod 3 - 15003 mod 3) mod 3.

8997 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8997 = 9000-3 = 3 ⋅ 3000 -3 = 3 ⋅ 3000 - 3 + 0.

15003 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003 = 15000+3 = 3 ⋅ 5000 +3.

Somit gilt:

(8997 - 15003) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 26) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 26) mod 4 ≡ (54 mod 4 ⋅ 26 mod 4) mod 4.

54 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 52 + 2 = 13 ⋅ 4 + 2 ist.

26 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 6 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 26) mod 4 ≡ (2 ⋅ 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28664 mod 641.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 286 -> x
2. mod(x²,641) -> 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: 2861=286

2: 2862=2861+1=2861⋅2861 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 389 mod 641

4: 2864=2862+2=2862⋅2862 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 45 mod 641

8: 2868=2864+4=2864⋅2864 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 102 mod 641

16: 28616=2868+8=2868⋅2868 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 148 mod 641

32: 28632=28616+16=28616⋅28616 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 110 mod 641

64: 28664=28632+32=28632⋅28632 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 700202 mod 997.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 202 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 202 an und zerlegen 202 in eine Summer von 2er-Potenzen:

202 = 128+64+8+2

1: 7001=700

2: 7002=7001+1=7001⋅7001 ≡ 700⋅700=490000 ≡ 473 mod 997

4: 7004=7002+2=7002⋅7002 ≡ 473⋅473=223729 ≡ 401 mod 997

8: 7008=7004+4=7004⋅7004 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 284 mod 997

16: 70016=7008+8=7008⋅7008 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 896 mod 997

32: 70032=70016+16=70016⋅70016 ≡ 896⋅896=802816 ≡ 231 mod 997

64: 70064=70032+32=70032⋅70032 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 520 mod 997

128: 700128=70064+64=70064⋅70064 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 213 mod 997

700202

= 700128+64+8+2

= 700128⋅70064⋅7008⋅7002

≡ 213 ⋅ 520 ⋅ 284 ⋅ 473 mod 997
≡ 110760 ⋅ 284 ⋅ 473 mod 997 ≡ 93 ⋅ 284 ⋅ 473 mod 997
≡ 26412 ⋅ 473 mod 997 ≡ 490 ⋅ 473 mod 997
≡ 231770 mod 997 ≡ 466 mod 997

Es gilt also: 700202 ≡ 466 mod 997

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72

=>89 = 1⋅72 + 17
=>72 = 4⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4
4= 72-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17)
= -4⋅72 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72)
= 17⋅89 -21⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -21⋅72

-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72

-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1

(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1

68⋅72 = 55⋅89 + 1

Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1

Somit 68⋅72 = 1 mod 89

68 ist also das Inverse von 72 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.