Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (898 + 357) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(898 + 357) mod 9 ≡ (898 mod 9 + 357 mod 9) mod 9.

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

357 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 357 = 360-3 = 9 ⋅ 40 -3 = 9 ⋅ 40 - 9 + 6.

Somit gilt:

(898 + 357) mod 9 ≡ (7 + 6) mod 9 ≡ 13 mod 9 ≡ 4 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 31) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 31) mod 7 ≡ (87 mod 7 ⋅ 31 mod 7) mod 7.

87 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 12 ⋅ 7 + 3 ist.

31 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 4 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 31) mod 7 ≡ (3 ⋅ 3) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 45064 mod 863.

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. 450 -> x
2. mod(x²,863) -> 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: 4501=450

2: 4502=4501+1=4501⋅4501 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 558 mod 863

4: 4504=4502+2=4502⋅4502 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 684 mod 863

8: 4508=4504+4=4504⋅4504 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 110 mod 863

16: 45016=4508+8=4508⋅4508 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 18 mod 863

32: 45032=45016+16=45016⋅45016 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 863

64: 45064=45032+32=45032⋅45032 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 553 mod 863

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 467249 mod 691.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 4671=467

2: 4672=4671+1=4671⋅4671 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 424 mod 691

4: 4674=4672+2=4672⋅4672 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 116 mod 691

8: 4678=4674+4=4674⋅4674 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 327 mod 691

16: 46716=4678+8=4678⋅4678 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 515 mod 691

32: 46732=46716+16=46716⋅46716 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 572 mod 691

64: 46764=46732+32=46732⋅46732 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 341 mod 691

128: 467128=46764+64=46764⋅46764 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 193 mod 691

467249

= 467128+64+32+16+8+1

= 467128⋅46764⋅46732⋅46716⋅4678⋅4671

193 ⋅ 341 ⋅ 572 ⋅ 515 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691
65813 ⋅ 572 ⋅ 515 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691 ≡ 168 ⋅ 572 ⋅ 515 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691
96096 ⋅ 515 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691 ≡ 47 ⋅ 515 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691
24205 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691 ≡ 20 ⋅ 327 ⋅ 467 mod 691
6540 ⋅ 467 mod 691 ≡ 321 ⋅ 467 mod 691
149907 mod 691 ≡ 651 mod 691

Es gilt also: 467249 ≡ 651 mod 691

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 23

=>53 = 2⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,23)=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= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 53-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(53 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅53 -20⋅ 23)
= 10⋅53 -23⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(53,23)=1 = 10⋅53 -23⋅23

oder wenn man 10⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅53 = -23⋅23

-23⋅23 = -10⋅53 + 1 |+53⋅23

-23⋅23 + 53⋅23 = -10⋅53 + 53⋅23 + 1

(-23 + 53) ⋅ 23 = (-10 + 23) ⋅ 53 + 1

30⋅23 = 13⋅53 + 1

Es gilt also: 30⋅23 = 13⋅53 +1

Somit 30⋅23 = 1 mod 53

30 ist also das Inverse von 23 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.