Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1795 - 9005) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1795 - 9005) mod 9 ≡ (1795 mod 9 - 9005 mod 9) mod 9.

1795 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1795 = 1800-5 = 9 ⋅ 200 -5 = 9 ⋅ 200 - 9 + 4.

9005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9005 = 9000+5 = 9 ⋅ 1000 +5.

Somit gilt:

(1795 - 9005) mod 9 ≡ (4 - 5) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 85) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 85) mod 10 ≡ (56 mod 10 ⋅ 85 mod 10) mod 10.

56 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 50 + 6 = 5 ⋅ 10 + 6 ist.

85 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 8 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 85) mod 10 ≡ (6 ⋅ 5) mod 10 ≡ 30 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5178 mod 619.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 517 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 5171=517

2: 5172=5171+1=5171⋅5171 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 500 mod 619

4: 5174=5172+2=5172⋅5172 ≡ 500⋅500=250000 ≡ 543 mod 619

8: 5178=5174+4=5174⋅5174 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 205 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44999 mod 487.

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: 4491=449

2: 4492=4491+1=4491⋅4491 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 470 mod 487

4: 4494=4492+2=4492⋅4492 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 289 mod 487

8: 4498=4494+4=4494⋅4494 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 244 mod 487

16: 44916=4498+8=4498⋅4498 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 122 mod 487

32: 44932=44916+16=44916⋅44916 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 274 mod 487

64: 44964=44932+32=44932⋅44932 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 78 mod 487

44999

= 44964+32+2+1

= 44964⋅44932⋅4492⋅4491

78 ⋅ 274 ⋅ 470 ⋅ 449 mod 487
21372 ⋅ 470 ⋅ 449 mod 487 ≡ 431 ⋅ 470 ⋅ 449 mod 487
202570 ⋅ 449 mod 487 ≡ 465 ⋅ 449 mod 487
208785 mod 487 ≡ 349 mod 487

Es gilt also: 44999 ≡ 349 mod 487

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 57.

Also bestimme x, so dass 57 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 57

=>83 = 1⋅57 + 26
=>57 = 2⋅26 + 5
=>26 = 5⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,57)=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= 26-5⋅5
5= 57-2⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅26 -5⋅(57 -2⋅ 26)
= 1⋅26 -5⋅57 +10⋅ 26)
= -5⋅57 +11⋅ 26 (=1)
26= 83-1⋅57 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅57 +11⋅(83 -1⋅ 57)
= -5⋅57 +11⋅83 -11⋅ 57)
= 11⋅83 -16⋅ 57 (=1)

Es gilt also: ggt(83,57)=1 = 11⋅83 -16⋅57

oder wenn man 11⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅83 = -16⋅57

-16⋅57 = -11⋅83 + 1 |+83⋅57

-16⋅57 + 83⋅57 = -11⋅83 + 83⋅57 + 1

(-16 + 83) ⋅ 57 = (-11 + 57) ⋅ 83 + 1

67⋅57 = 46⋅83 + 1

Es gilt also: 67⋅57 = 46⋅83 +1

Somit 67⋅57 = 1 mod 83

67 ist also das Inverse von 57 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.