Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34996 - 20996) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34996 - 20996) mod 7 ≡ (34996 mod 7 - 20996 mod 7) mod 7.

34996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34996 = 35000-4 = 7 ⋅ 5000 -4 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 3.

20996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20996 = 21000-4 = 7 ⋅ 3000 -4 = 7 ⋅ 3000 - 7 + 3.

Somit gilt:

(34996 - 20996) mod 7 ≡ (3 - 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 49) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 49) mod 9 ≡ (31 mod 9 ⋅ 49 mod 9) mod 9.

31 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 27 + 4 = 3 ⋅ 9 + 4 ist.

49 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 45 + 4 = 5 ⋅ 9 + 4 ist.

Somit gilt:

(31 ⋅ 49) mod 9 ≡ (4 ⋅ 4) mod 9 ≡ 16 mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20964 mod 503.

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. 209 -> x
2. mod(x²,503) -> 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: 2091=209

2: 2092=2091+1=2091⋅2091 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 423 mod 503

4: 2094=2092+2=2092⋅2092 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 364 mod 503

8: 2098=2094+4=2094⋅2094 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 207 mod 503

16: 20916=2098+8=2098⋅2098 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 94 mod 503

32: 20932=20916+16=20916⋅20916 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 285 mod 503

64: 20964=20932+32=20932⋅20932 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 242 mod 503

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29090 mod 691.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 90 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 90 an und zerlegen 90 in eine Summer von 2er-Potenzen:

90 = 64+16+8+2

1: 2901=290

2: 2902=2901+1=2901⋅2901 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 489 mod 691

4: 2904=2902+2=2902⋅2902 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 35 mod 691

8: 2908=2904+4=2904⋅2904 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 534 mod 691

16: 29016=2908+8=2908⋅2908 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 464 mod 691

32: 29032=29016+16=29016⋅29016 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 395 mod 691

64: 29064=29032+32=29032⋅29032 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 550 mod 691

29090

= 29064+16+8+2

= 29064⋅29016⋅2908⋅2902

550 ⋅ 464 ⋅ 534 ⋅ 489 mod 691
255200 ⋅ 534 ⋅ 489 mod 691 ≡ 221 ⋅ 534 ⋅ 489 mod 691
118014 ⋅ 489 mod 691 ≡ 544 ⋅ 489 mod 691
266016 mod 691 ≡ 672 mod 691

Es gilt also: 29090 ≡ 672 mod 691

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 30

=>53 = 1⋅30 + 23
=>30 = 1⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,30)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 30-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23)
= 10⋅30 -13⋅ 23 (=1)
23= 53-1⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅30 -13⋅(53 -1⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅53 +13⋅ 30)
= -13⋅53 +23⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(53,30)=1 = -13⋅53 +23⋅30

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +23⋅30

Es gilt also: 23⋅30 = 13⋅53 +1

Somit 23⋅30 = 1 mod 53

23 ist also das Inverse von 30 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.