Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1996 - 497) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1996 - 497) mod 5 ≡ (1996 mod 5 - 497 mod 5) mod 5.

1996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1996 = 1900+96 = 5 ⋅ 380 +96.

497 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 497 = 400+97 = 5 ⋅ 80 +97.

Somit gilt:

(1996 - 497) mod 5 ≡ (1 - 2) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 31) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 31) mod 4 ≡ (21 mod 4 ⋅ 31 mod 4) mod 4.

21 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 20 + 1 = 5 ⋅ 4 + 1 ist.

31 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 7 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 31) mod 4 ≡ (1 ⋅ 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 93932 mod 971.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 939 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 9391=939

2: 9392=9391+1=9391⋅9391 ≡ 939⋅939=881721 ≡ 53 mod 971

4: 9394=9392+2=9392⋅9392 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 867 mod 971

8: 9398=9394+4=9394⋅9394 ≡ 867⋅867=751689 ≡ 135 mod 971

16: 93916=9398+8=9398⋅9398 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 747 mod 971

32: 93932=93916+16=93916⋅93916 ≡ 747⋅747=558009 ≡ 655 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 110185 mod 233.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 185 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 185 an und zerlegen 185 in eine Summer von 2er-Potenzen:

185 = 128+32+16+8+1

1: 1101=110

2: 1102=1101+1=1101⋅1101 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 217 mod 233

4: 1104=1102+2=1102⋅1102 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 23 mod 233

8: 1108=1104+4=1104⋅1104 ≡ 23⋅23=529 ≡ 63 mod 233

16: 11016=1108+8=1108⋅1108 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233

32: 11032=11016+16=11016⋅11016 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 233

64: 11064=11032+32=11032⋅11032 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 135 mod 233

128: 110128=11064+64=11064⋅11064 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 51 mod 233

110185

= 110128+32+16+8+1

= 110128⋅11032⋅11016⋅1108⋅1101

≡ 51 ⋅ 64 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 110 mod 233
≡ 3264 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 110 mod 233 ≡ 2 ⋅ 8 ⋅ 63 ⋅ 110 mod 233
≡ 16 ⋅ 63 ⋅ 110 mod 233
≡ 1008 ⋅ 110 mod 233 ≡ 76 ⋅ 110 mod 233
≡ 8360 mod 233 ≡ 205 mod 233

Es gilt also: 110185 ≡ 205 mod 233

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 68

=>79 = 1⋅68 + 11
=>68 = 6⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,68)=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= 11-5⋅2
2= 68-6⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(68 -6⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅68 +30⋅ 11)
= -5⋅68 +31⋅ 11 (=1)
11= 79-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅68 +31⋅(79 -1⋅ 68)
= -5⋅68 +31⋅79 -31⋅ 68)
= 31⋅79 -36⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(79,68)=1 = 31⋅79 -36⋅68

oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -31⋅79 = -36⋅68

-36⋅68 = -31⋅79 + 1 |+79⋅68

-36⋅68 + 79⋅68 = -31⋅79 + 79⋅68 + 1

(-36 + 79) ⋅ 68 = (-31 + 68) ⋅ 79 + 1

43⋅68 = 37⋅79 + 1

Es gilt also: 43⋅68 = 37⋅79 +1

Somit 43⋅68 = 1 mod 79

43 ist also das Inverse von 68 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.