Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (504 - 25004) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(504 - 25004) mod 5 ≡ (504 mod 5 - 25004 mod 5) mod 5.

504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504 = 500+4 = 5 ⋅ 100 +4.

25004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25004 = 25000+4 = 5 ⋅ 5000 +4.

Somit gilt:

(504 - 25004) mod 5 ≡ (4 - 4) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 46) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 46) mod 5 ≡ (96 mod 5 ⋅ 46 mod 5) mod 5.

96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 95 + 1 = 19 ⋅ 5 + 1 ist.

46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 46) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 35832 mod 421.

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. 358 -> x
2. mod(x²,421) -> 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: 3581=358

2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 180 mod 421

4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 404 mod 421

8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 289 mod 421

16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 163 mod 421

32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 46 mod 421

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 215244 mod 641.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 244 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 244 an und zerlegen 244 in eine Summer von 2er-Potenzen:

244 = 128+64+32+16+4

1: 2151=215

2: 2152=2151+1=2151⋅2151 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 73 mod 641

4: 2154=2152+2=2152⋅2152 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 201 mod 641

8: 2158=2154+4=2154⋅2154 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 18 mod 641

16: 21516=2158+8=2158⋅2158 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 641

32: 21532=21516+16=21516⋅21516 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 493 mod 641

64: 21564=21532+32=21532⋅21532 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 110 mod 641

128: 215128=21564+64=21564⋅21564 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 562 mod 641

215244

= 215128+64+32+16+4

= 215128⋅21564⋅21532⋅21516⋅2154

562 ⋅ 110 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
61820 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641 ≡ 284 ⋅ 493 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
140012 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641 ≡ 274 ⋅ 324 ⋅ 201 mod 641
88776 ⋅ 201 mod 641 ≡ 318 ⋅ 201 mod 641
63918 mod 641 ≡ 459 mod 641

Es gilt also: 215244 ≡ 459 mod 641

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.

Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18

=>61 = 3⋅18 + 7
=>18 = 2⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 18-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7)
= 2⋅18 -5⋅ 7 (=1)
7= 61-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18)
= -5⋅61 +17⋅ 18 (=1)

Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18

oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅61 = +17⋅18

Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1

Somit 17⋅18 = 1 mod 61

17 ist also das Inverse von 18 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.