Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (303 + 2394) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(303 + 2394) mod 6 ≡ (303 mod 6 + 2394 mod 6) mod 6.

303 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 303 = 300+3 = 6 ⋅ 50 +3.

2394 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2394 = 2400-6 = 6 ⋅ 400 -6 = 6 ⋅ 400 - 6 + 0.

Somit gilt:

(303 + 2394) mod 6 ≡ (3 + 0) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 60) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(100 ⋅ 60) mod 10 ≡ (100 mod 10 ⋅ 60 mod 10) mod 10.

100 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100 + 0 = 10 ⋅ 10 + 0 ist.

60 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 6 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(100 ⋅ 60) mod 10 ≡ (0 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 446128 mod 521.

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. 446 -> x
2. mod(x²,521) -> 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: 4461=446

2: 4462=4461+1=4461⋅4461 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 415 mod 521

4: 4464=4462+2=4462⋅4462 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 295 mod 521

8: 4468=4464+4=4464⋅4464 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 18 mod 521

16: 44616=4468+8=4468⋅4468 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 521

32: 44632=44616+16=44616⋅44616 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 255 mod 521

64: 44664=44632+32=44632⋅44632 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 421 mod 521

128: 446128=44664+64=44664⋅44664 ≡ 421⋅421=177241 ≡ 101 mod 521

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43377 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 77 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 77 an und zerlegen 77 in eine Summer von 2er-Potenzen:

77 = 64+8+4+1

1: 4331=433

2: 4332=4331+1=4331⋅4331 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 177 mod 509

4: 4334=4332+2=4332⋅4332 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 280 mod 509

8: 4338=4334+4=4334⋅4334 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 14 mod 509

16: 43316=4338+8=4338⋅4338 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 509

32: 43332=43316+16=43316⋅43316 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 241 mod 509

64: 43364=43332+32=43332⋅43332 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 55 mod 509

43377

= 43364+8+4+1

= 43364⋅4338⋅4334⋅4331

55 ⋅ 14 ⋅ 280 ⋅ 433 mod 509
770 ⋅ 280 ⋅ 433 mod 509 ≡ 261 ⋅ 280 ⋅ 433 mod 509
73080 ⋅ 433 mod 509 ≡ 293 ⋅ 433 mod 509
126869 mod 509 ≡ 128 mod 509

Es gilt also: 43377 ≡ 128 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 25

=>71 = 2⋅25 + 21
=>25 = 1⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,25)=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= 21-5⋅4
4= 25-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21)
= -5⋅25 +6⋅ 21 (=1)
21= 71-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅25 +6⋅(71 -2⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅71 -12⋅ 25)
= 6⋅71 -17⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(71,25)=1 = 6⋅71 -17⋅25

oder wenn man 6⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -6⋅71 = -17⋅25

-17⋅25 = -6⋅71 + 1 |+71⋅25

-17⋅25 + 71⋅25 = -6⋅71 + 71⋅25 + 1

(-17 + 71) ⋅ 25 = (-6 + 25) ⋅ 71 + 1

54⋅25 = 19⋅71 + 1

Es gilt also: 54⋅25 = 19⋅71 +1

Somit 54⋅25 = 1 mod 71

54 ist also das Inverse von 25 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.