Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (797 + 121) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(797 + 121) mod 4 ≡ (797 mod 4 + 121 mod 4) mod 4.

797 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 797 = 700+97 = 4 ⋅ 175 +97.

121 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 121 = 120+1 = 4 ⋅ 30 +1.

Somit gilt:

(797 + 121) mod 4 ≡ (1 + 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 87) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 87) mod 9 ≡ (35 mod 9 ⋅ 87 mod 9) mod 9.

35 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 27 + 8 = 3 ⋅ 9 + 8 ist.

87 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 81 + 6 = 9 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 87) mod 9 ≡ (8 ⋅ 6) mod 9 ≡ 48 mod 9 ≡ 3 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 728128 mod 881.

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. 728 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 7281=728

2: 7282=7281+1=7281⋅7281 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 503 mod 881

4: 7284=7282+2=7282⋅7282 ≡ 503⋅503=253009 ≡ 162 mod 881

8: 7288=7284+4=7284⋅7284 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 695 mod 881

16: 72816=7288+8=7288⋅7288 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 237 mod 881

32: 72832=72816+16=72816⋅72816 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 666 mod 881

64: 72864=72832+32=72832⋅72832 ≡ 666⋅666=443556 ≡ 413 mod 881

128: 728128=72864+64=72864⋅72864 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 536 mod 881

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32962 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:

62 = 32+16+8+4+2

1: 3291=329

2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 4 mod 331

4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 331

8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 331

16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 329 mod 331

32: 32932=32916+16=32916⋅32916 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 4 mod 331

32962

= 32932+16+8+4+2

= 32932⋅32916⋅3298⋅3294⋅3292

4 ⋅ 329 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 mod 331
1316 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 mod 331 ≡ 323 ⋅ 256 ⋅ 16 ⋅ 4 mod 331
82688 ⋅ 16 ⋅ 4 mod 331 ≡ 269 ⋅ 16 ⋅ 4 mod 331
4304 ⋅ 4 mod 331 ≡ 1 ⋅ 4 mod 331
4 mod 331

Es gilt also: 32962 ≡ 4 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.