Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (100 + 255) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(100 + 255) mod 5 ≡ (100 mod 5 + 255 mod 5) mod 5.

100 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100+0 = 5 ⋅ 20 +0.

255 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 255 = 250+5 = 5 ⋅ 50 +5.

Somit gilt:

(100 + 255) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 46) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 46) mod 8 ≡ (52 mod 8 ⋅ 46 mod 8) mod 8.

52 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 6 ⋅ 8 + 4 ist.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 46) mod 8 ≡ (4 ⋅ 6) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40364 mod 773.

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. 403 -> x
2. mod(x²,773) -> 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: 4031=403

2: 4032=4031+1=4031⋅4031 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 79 mod 773

4: 4034=4032+2=4032⋅4032 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 57 mod 773

8: 4038=4034+4=4034⋅4034 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 157 mod 773

16: 40316=4038+8=4038⋅4038 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 686 mod 773

32: 40332=40316+16=40316⋅40316 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 612 mod 773

64: 40364=40332+32=40332⋅40332 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 412 mod 773

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 405131 mod 857.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 131 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 131 an und zerlegen 131 in eine Summer von 2er-Potenzen:

131 = 128+2+1

1: 4051=405

2: 4052=4051+1=4051⋅4051 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 338 mod 857

4: 4054=4052+2=4052⋅4052 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 263 mod 857

8: 4058=4054+4=4054⋅4054 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 609 mod 857

16: 40516=4058+8=4058⋅4058 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 657 mod 857

32: 40532=40516+16=40516⋅40516 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 578 mod 857

64: 40564=40532+32=40532⋅40532 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 711 mod 857

128: 405128=40564+64=40564⋅40564 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 748 mod 857

405131

= 405128+2+1

= 405128⋅4052⋅4051

748 ⋅ 338 ⋅ 405 mod 857
252824 ⋅ 405 mod 857 ≡ 9 ⋅ 405 mod 857
3645 mod 857 ≡ 217 mod 857

Es gilt also: 405131 ≡ 217 mod 857

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 55

=>79 = 1⋅55 + 24
=>55 = 2⋅24 + 7
=>24 = 3⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,55)=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= 7-2⋅3
3= 24-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7)
= -2⋅24 +7⋅ 7 (=1)
7= 55-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅24 +7⋅(55 -2⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅55 -14⋅ 24)
= 7⋅55 -16⋅ 24 (=1)
24= 79-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅55 -16⋅(79 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -16⋅79 +16⋅ 55)
= -16⋅79 +23⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(79,55)=1 = -16⋅79 +23⋅55

oder wenn man -16⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅79 = +23⋅55

Es gilt also: 23⋅55 = 16⋅79 +1

Somit 23⋅55 = 1 mod 79

23 ist also das Inverse von 55 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.