Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4002 + 4002) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4002 + 4002) mod 4 ≡ (4002 mod 4 + 4002 mod 4) mod 4.

4002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4002 = 4000+2 = 4 ⋅ 1000 +2.

4002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4002 = 4000+2 = 4 ⋅ 1000 +2.

Somit gilt:

(4002 + 4002) mod 4 ≡ (2 + 2) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 72) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 72) mod 3 ≡ (23 mod 3 ⋅ 72 mod 3) mod 3.

23 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 7 ⋅ 3 + 2 ist.

72 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 24 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 72) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 315128 mod 601.

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. 315 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 3151=315

2: 3152=3151+1=3151⋅3151 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 60 mod 601

4: 3154=3152+2=3152⋅3152 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 595 mod 601

8: 3158=3154+4=3154⋅3154 ≡ 595⋅595=354025 ≡ 36 mod 601

16: 31516=3158+8=3158⋅3158 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 94 mod 601

32: 31532=31516+16=31516⋅31516 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 422 mod 601

64: 31564=31532+32=31532⋅31532 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 188 mod 601

128: 315128=31564+64=31564⋅31564 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 486 mod 601

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 155242 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 1551=155

2: 1552=1551+1=1551⋅1551 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 193 mod 331

4: 1554=1552+2=1552⋅1552 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 177 mod 331

8: 1558=1554+4=1554⋅1554 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 215 mod 331

16: 15516=1558+8=1558⋅1558 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 216 mod 331

32: 15532=15516+16=15516⋅15516 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 316 mod 331

64: 15564=15532+32=15532⋅15532 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 225 mod 331

128: 155128=15564+64=15564⋅15564 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 313 mod 331

155242

= 155128+64+32+16+2

= 155128⋅15564⋅15532⋅15516⋅1552

≡ 313 ⋅ 225 ⋅ 316 ⋅ 216 ⋅ 193 mod 331
≡ 70425 ⋅ 316 ⋅ 216 ⋅ 193 mod 331 ≡ 253 ⋅ 316 ⋅ 216 ⋅ 193 mod 331
≡ 79948 ⋅ 216 ⋅ 193 mod 331 ≡ 177 ⋅ 216 ⋅ 193 mod 331
≡ 38232 ⋅ 193 mod 331 ≡ 167 ⋅ 193 mod 331
≡ 32231 mod 331 ≡ 124 mod 331

Es gilt also: 155242 ≡ 124 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 42

=>89 = 2⋅42 + 5
=>42 = 8⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,42)=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= 42-8⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(42 -8⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅42 +16⋅ 5)
= -2⋅42 +17⋅ 5 (=1)
5= 89-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +17⋅(89 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +17⋅89 -34⋅ 42)
= 17⋅89 -36⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(89,42)=1 = 17⋅89 -36⋅42

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

1 -17⋅89 = -36⋅42

-36⋅42 = -17⋅89 + 1 |+89⋅42

-36⋅42 + 89⋅42 = -17⋅89 + 89⋅42 + 1

(-36 + 89) ⋅ 42 = (-17 + 42) ⋅ 89 + 1

53⋅42 = 25⋅89 + 1

Es gilt also: 53⋅42 = 25⋅89 +1

Somit 53⋅42 = 1 mod 89

53 ist also das Inverse von 42 mod 89

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.