Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6006 - 179) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6006 - 179) mod 6 ≡ (6006 mod 6 - 179 mod 6) mod 6.

6006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6006 = 6000+6 = 6 ⋅ 1000 +6.

179 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 179 = 180-1 = 6 ⋅ 30 -1 = 6 ⋅ 30 - 6 + 5.

Somit gilt:

(6006 - 179) mod 6 ≡ (0 - 5) mod 6 ≡ -5 mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 17) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 17) mod 7 ≡ (51 mod 7 ⋅ 17 mod 7) mod 7.

51 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 49 + 2 = 7 ⋅ 7 + 2 ist.

17 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 14 + 3 = 2 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 17) mod 7 ≡ (2 ⋅ 3) mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 223128 mod 313.

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. 223 -> x
2. mod(x²,313) -> 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: 2231=223

2: 2232=2231+1=2231⋅2231 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 275 mod 313

4: 2234=2232+2=2232⋅2232 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 192 mod 313

8: 2238=2234+4=2234⋅2234 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 243 mod 313

16: 22316=2238+8=2238⋅2238 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 205 mod 313

32: 22332=22316+16=22316⋅22316 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 83 mod 313

64: 22364=22332+32=22332⋅22332 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 3 mod 313

128: 223128=22364+64=22364⋅22364 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 313

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 228119 mod 347.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 281 mod 347

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 192 mod 347

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 82 mod 347

16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 131 mod 347

32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 158 mod 347

64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 327 mod 347

228119

= 22864+32+16+4+2+1

= 22864⋅22832⋅22816⋅2284⋅2282⋅2281

327 ⋅ 158 ⋅ 131 ⋅ 192 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347
51666 ⋅ 131 ⋅ 192 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347 ≡ 310 ⋅ 131 ⋅ 192 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347
40610 ⋅ 192 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347 ≡ 11 ⋅ 192 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347
2112 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347 ≡ 30 ⋅ 281 ⋅ 228 mod 347
8430 ⋅ 228 mod 347 ≡ 102 ⋅ 228 mod 347
23256 mod 347 ≡ 7 mod 347

Es gilt also: 228119 ≡ 7 mod 347

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 50

=>73 = 1⋅50 + 23
=>50 = 2⋅23 + 4
=>23 = 5⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,50)=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= 4-1⋅3
3= 23-5⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4)
= -1⋅23 +6⋅ 4 (=1)
4= 50-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅23 +6⋅(50 -2⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅50 -12⋅ 23)
= 6⋅50 -13⋅ 23 (=1)
23= 73-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅50 -13⋅(73 -1⋅ 50)
= 6⋅50 -13⋅73 +13⋅ 50)
= -13⋅73 +19⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(73,50)=1 = -13⋅73 +19⋅50

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +19⋅50

Es gilt also: 19⋅50 = 13⋅73 +1

Somit 19⋅50 = 1 mod 73

19 ist also das Inverse von 50 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.