Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31994 - 78) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31994 - 78) mod 8 ≡ (31994 mod 8 - 78 mod 8) mod 8.

31994 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31994 = 31000+994 = 8 ⋅ 3875 +994.

78 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 80-2 = 8 ⋅ 10 -2 = 8 ⋅ 10 - 8 + 6.

Somit gilt:

(31994 - 78) mod 8 ≡ (2 - 6) mod 8 ≡ -4 mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 59) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 59) mod 6 ≡ (21 mod 6 ⋅ 59 mod 6) mod 6.

21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.

59 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 54 + 5 = 9 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 59) mod 6 ≡ (3 ⋅ 5) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54364 mod 701.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 543 -> x
2. mod(x²,701) -> 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: 5431=543

2: 5432=5431+1=5431⋅5431 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 429 mod 701

4: 5434=5432+2=5432⋅5432 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 379 mod 701

8: 5438=5434+4=5434⋅5434 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 637 mod 701

16: 54316=5438+8=5438⋅5438 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 591 mod 701

32: 54332=54316+16=54316⋅54316 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 183 mod 701

64: 54364=54332+32=54332⋅54332 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 542 mod 701

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 260225 mod 487.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 225 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 225 an und zerlegen 225 in eine Summer von 2er-Potenzen:

225 = 128+64+32+1

1: 2601=260

2: 2602=2601+1=2601⋅2601 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 394 mod 487

4: 2604=2602+2=2602⋅2602 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 370 mod 487

8: 2608=2604+4=2604⋅2604 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 53 mod 487

16: 26016=2608+8=2608⋅2608 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 374 mod 487

32: 26032=26016+16=26016⋅26016 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 107 mod 487

64: 26064=26032+32=26032⋅26032 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 248 mod 487

128: 260128=26064+64=26064⋅26064 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 142 mod 487

260225

= 260128+64+32+1

= 260128⋅26064⋅26032⋅2601

≡ 142 ⋅ 248 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487
≡ 35216 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487 ≡ 152 ⋅ 107 ⋅ 260 mod 487
≡ 16264 ⋅ 260 mod 487 ≡ 193 ⋅ 260 mod 487
≡ 50180 mod 487 ≡ 19 mod 487

Es gilt also: 260225 ≡ 19 mod 487

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 88.

Also bestimme x, so dass 88 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 88

=>97 = 1⋅88 + 9
=>88 = 9⋅9 + 7
=>9 = 1⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,88)=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= 7-3⋅2
2= 9-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7)
= -3⋅9 +4⋅ 7 (=1)
7= 88-9⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅9 +4⋅(88 -9⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅88 -36⋅ 9)
= 4⋅88 -39⋅ 9 (=1)
9= 97-1⋅88 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅88 -39⋅(97 -1⋅ 88)
= 4⋅88 -39⋅97 +39⋅ 88)
= -39⋅97 +43⋅ 88 (=1)

Es gilt also: ggt(97,88)=1 = -39⋅97 +43⋅88

oder wenn man -39⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +39⋅97 = +43⋅88

Es gilt also: 43⋅88 = 39⋅97 +1

Somit 43⋅88 = 1 mod 97

43 ist also das Inverse von 88 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.