Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 - 1499) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 - 1499) mod 3 ≡ (30 mod 3 - 1499 mod 3) mod 3.

30 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30+0 = 3 ⋅ 10 +0.

1499 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1499 = 1500-1 = 3 ⋅ 500 -1 = 3 ⋅ 500 - 3 + 2.

Somit gilt:

(30 - 1499) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 36) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 36) mod 8 ≡ (90 mod 8 ⋅ 36 mod 8) mod 8.

90 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 88 + 2 = 11 ⋅ 8 + 2 ist.

36 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 32 + 4 = 4 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 36) mod 8 ≡ (2 ⋅ 4) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 41616 mod 661.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 416 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 4161=416

2: 4162=4161+1=4161⋅4161 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 535 mod 661

4: 4164=4162+2=4162⋅4162 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 12 mod 661

8: 4168=4164+4=4164⋅4164 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 661

16: 41616=4168+8=4168⋅4168 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 245 mod 661

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23799 mod 421.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 99 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 99 an und zerlegen 99 in eine Summer von 2er-Potenzen:

99 = 64+32+2+1

1: 2371=237

2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 176 mod 421

4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 243 mod 421

8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 109 mod 421

16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 93 mod 421

32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 229 mod 421

64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 237 mod 421

23799

= 23764+32+2+1

= 23764⋅23732⋅2372⋅2371

237 ⋅ 229 ⋅ 176 ⋅ 237 mod 421
54273 ⋅ 176 ⋅ 237 mod 421 ≡ 385 ⋅ 176 ⋅ 237 mod 421
67760 ⋅ 237 mod 421 ≡ 400 ⋅ 237 mod 421
94800 mod 421 ≡ 75 mod 421

Es gilt also: 23799 ≡ 75 mod 421

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 72

=>101 = 1⋅72 + 29
=>72 = 2⋅29 + 14
=>29 = 2⋅14 + 1
=>14 = 14⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,72)=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= 29-2⋅14
14= 72-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅29 -2⋅(72 -2⋅ 29)
= 1⋅29 -2⋅72 +4⋅ 29)
= -2⋅72 +5⋅ 29 (=1)
29= 101-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅72 +5⋅(101 -1⋅ 72)
= -2⋅72 +5⋅101 -5⋅ 72)
= 5⋅101 -7⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(101,72)=1 = 5⋅101 -7⋅72

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -7⋅72

-7⋅72 = -5⋅101 + 1 |+101⋅72

-7⋅72 + 101⋅72 = -5⋅101 + 101⋅72 + 1

(-7 + 101) ⋅ 72 = (-5 + 72) ⋅ 101 + 1

94⋅72 = 67⋅101 + 1

Es gilt also: 94⋅72 = 67⋅101 +1

Somit 94⋅72 = 1 mod 101

94 ist also das Inverse von 72 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.