Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13995 - 35000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13995 - 35000) mod 7 ≡ (13995 mod 7 - 35000 mod 7) mod 7.

13995 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13995 = 14000-5 = 7 ⋅ 2000 -5 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 2.

35000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35000 = 35000+0 = 7 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(13995 - 35000) mod 7 ≡ (2 - 0) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 75) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 75) mod 8 ≡ (19 mod 8 ⋅ 75 mod 8) mod 8.

19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.

75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 9 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 75) mod 8 ≡ (3 ⋅ 3) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 340128 mod 919.

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. 340 -> x
2. mod(x²,919) -> 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: 3401=340

2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 725 mod 919

4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 725⋅725=525625 ≡ 876 mod 919

8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 876⋅876=767376 ≡ 11 mod 919

16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 919

32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 856 mod 919

64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 856⋅856=732736 ≡ 293 mod 919

128: 340128=34064+64=34064⋅34064 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 382 mod 919

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 679158 mod 983.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:

158 = 128+16+8+4+2

1: 6791=679

2: 6792=6791+1=6791⋅6791 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 14 mod 983

4: 6794=6792+2=6792⋅6792 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 983

8: 6798=6794+4=6794⋅6794 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 79 mod 983

16: 67916=6798+8=6798⋅6798 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 343 mod 983

32: 67932=67916+16=67916⋅67916 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 672 mod 983

64: 67964=67932+32=67932⋅67932 ≡ 672⋅672=451584 ≡ 387 mod 983

128: 679128=67964+64=67964⋅67964 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 353 mod 983

679158

= 679128+16+8+4+2

= 679128⋅67916⋅6798⋅6794⋅6792

353 ⋅ 343 ⋅ 79 ⋅ 196 ⋅ 14 mod 983
121079 ⋅ 79 ⋅ 196 ⋅ 14 mod 983 ≡ 170 ⋅ 79 ⋅ 196 ⋅ 14 mod 983
13430 ⋅ 196 ⋅ 14 mod 983 ≡ 651 ⋅ 196 ⋅ 14 mod 983
127596 ⋅ 14 mod 983 ≡ 789 ⋅ 14 mod 983
11046 mod 983 ≡ 233 mod 983

Es gilt also: 679158 ≡ 233 mod 983

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 33

=>79 = 2⋅33 + 13
=>33 = 2⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,33)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 33-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(33 -2⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅33 -4⋅ 13)
= 2⋅33 -5⋅ 13 (=1)
13= 79-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅33 -5⋅(79 -2⋅ 33)
= 2⋅33 -5⋅79 +10⋅ 33)
= -5⋅79 +12⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(79,33)=1 = -5⋅79 +12⋅33

oder wenn man -5⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅79 = +12⋅33

Es gilt also: 12⋅33 = 5⋅79 +1

Somit 12⋅33 = 1 mod 79

12 ist also das Inverse von 33 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.