Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18006 - 898) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18006 - 898) mod 9 ≡ (18006 mod 9 - 898 mod 9) mod 9.

18006 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18006 = 18000+6 = 9 ⋅ 2000 +6.

898 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 898 = 900-2 = 9 ⋅ 100 -2 = 9 ⋅ 100 - 9 + 7.

Somit gilt:

(18006 - 898) mod 9 ≡ (6 - 7) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (55 ⋅ 48) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(55 ⋅ 48) mod 10 ≡ (55 mod 10 ⋅ 48 mod 10) mod 10.

55 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 55 = 50 + 5 = 5 ⋅ 10 + 5 ist.

48 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 40 + 8 = 4 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(55 ⋅ 48) mod 10 ≡ (5 ⋅ 8) mod 10 ≡ 40 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 151128 mod 241.

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. 151 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 1511=151

2: 1512=1511+1=1511⋅1511 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 147 mod 241

4: 1514=1512+2=1512⋅1512 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 160 mod 241

8: 1518=1514+4=1514⋅1514 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 54 mod 241

16: 15116=1518+8=1518⋅1518 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 24 mod 241

32: 15132=15116+16=15116⋅15116 ≡ 24⋅24=576 ≡ 94 mod 241

64: 15164=15132+32=15132⋅15132 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 160 mod 241

128: 151128=15164+64=15164⋅15164 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 54 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 278172 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 172 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 172 an und zerlegen 172 in eine Summer von 2er-Potenzen:

172 = 128+32+8+4

1: 2781=278

2: 2782=2781+1=2781⋅2781 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 330 mod 353

4: 2784=2782+2=2782⋅2782 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 176 mod 353

8: 2788=2784+4=2784⋅2784 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 265 mod 353

16: 27816=2788+8=2788⋅2788 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 331 mod 353

32: 27832=27816+16=27816⋅27816 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 131 mod 353

64: 27864=27832+32=27832⋅27832 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

128: 278128=27864+64=27864⋅27864 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 140 mod 353

278172

= 278128+32+8+4

= 278128⋅27832⋅2788⋅2784

140 ⋅ 131 ⋅ 265 ⋅ 176 mod 353
18340 ⋅ 265 ⋅ 176 mod 353 ≡ 337 ⋅ 265 ⋅ 176 mod 353
89305 ⋅ 176 mod 353 ≡ 349 ⋅ 176 mod 353
61424 mod 353 ≡ 2 mod 353

Es gilt also: 278172 ≡ 2 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 33

=>97 = 2⋅33 + 31
=>33 = 1⋅31 + 2
=>31 = 15⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,33)=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= 31-15⋅2
2= 33-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅31 -15⋅(33 -1⋅ 31)
= 1⋅31 -15⋅33 +15⋅ 31)
= -15⋅33 +16⋅ 31 (=1)
31= 97-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -15⋅33 +16⋅(97 -2⋅ 33)
= -15⋅33 +16⋅97 -32⋅ 33)
= 16⋅97 -47⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(97,33)=1 = 16⋅97 -47⋅33

oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅97 = -47⋅33

-47⋅33 = -16⋅97 + 1 |+97⋅33

-47⋅33 + 97⋅33 = -16⋅97 + 97⋅33 + 1

(-47 + 97) ⋅ 33 = (-16 + 33) ⋅ 97 + 1

50⋅33 = 17⋅97 + 1

Es gilt also: 50⋅33 = 17⋅97 +1

Somit 50⋅33 = 1 mod 97

50 ist also das Inverse von 33 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.