Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2705 + 3594) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2705 + 3594) mod 9 ≡ (2705 mod 9 + 3594 mod 9) mod 9.

2705 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2705 = 2700+5 = 9 ⋅ 300 +5.

3594 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3594 = 3600-6 = 9 ⋅ 400 -6 = 9 ⋅ 400 - 9 + 3.

Somit gilt:

(2705 + 3594) mod 9 ≡ (5 + 3) mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 27) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 27) mod 9 ≡ (30 mod 9 ⋅ 27 mod 9) mod 9.

30 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 27 + 3 = 3 ⋅ 9 + 3 ist.

27 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 27 + 0 = 3 ⋅ 9 + 0 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 27) mod 9 ≡ (3 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21164 mod 233.

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. 211 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 2111=211

2: 2112=2111+1=2111⋅2111 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 18 mod 233

4: 2114=2112+2=2112⋅2112 ≡ 18⋅18=324 ≡ 91 mod 233

8: 2118=2114+4=2114⋅2114 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 126 mod 233

16: 21116=2118+8=2118⋅2118 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 32 mod 233

32: 21132=21116+16=21116⋅21116 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 92 mod 233

64: 21164=21132+32=21132⋅21132 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 76 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 200247 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:

247 = 128+64+32+16+4+2+1

1: 2001=200

2: 2002=2001+1=2001⋅2001 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 364 mod 367

4: 2004=2002+2=2002⋅2002 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 9 mod 367

8: 2008=2004+4=2004⋅2004 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 367

16: 20016=2008+8=2008⋅2008 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 322 mod 367

32: 20032=20016+16=20016⋅20016 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 190 mod 367

64: 20064=20032+32=20032⋅20032 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 134 mod 367

128: 200128=20064+64=20064⋅20064 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 340 mod 367

200247

= 200128+64+32+16+4+2+1

= 200128⋅20064⋅20032⋅20016⋅2004⋅2002⋅2001

340 ⋅ 134 ⋅ 190 ⋅ 322 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367
45560 ⋅ 190 ⋅ 322 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367 ≡ 52 ⋅ 190 ⋅ 322 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367
9880 ⋅ 322 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367 ≡ 338 ⋅ 322 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367
108836 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367 ≡ 204 ⋅ 9 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367
1836 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367 ≡ 1 ⋅ 364 ⋅ 200 mod 367
364 ⋅ 200 mod 367
72800 mod 367 ≡ 134 mod 367

Es gilt also: 200247 ≡ 134 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 50

=>53 = 1⋅50 + 3
=>50 = 16⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,50)=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= 50-16⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(50 -16⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅50 +16⋅ 3)
= -1⋅50 +17⋅ 3 (=1)
3= 53-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅50 +17⋅(53 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +17⋅53 -17⋅ 50)
= 17⋅53 -18⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(53,50)=1 = 17⋅53 -18⋅50

oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅53 = -18⋅50

-18⋅50 = -17⋅53 + 1 |+53⋅50

-18⋅50 + 53⋅50 = -17⋅53 + 53⋅50 + 1

(-18 + 53) ⋅ 50 = (-17 + 50) ⋅ 53 + 1

35⋅50 = 33⋅53 + 1

Es gilt also: 35⋅50 = 33⋅53 +1

Somit 35⋅50 = 1 mod 53

35 ist also das Inverse von 50 mod 53

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.