Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (212 + 1396) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(212 + 1396) mod 7 ≡ (212 mod 7 + 1396 mod 7) mod 7.

212 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 212 = 210+2 = 7 ⋅ 30 +2.

1396 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1396 = 1400-4 = 7 ⋅ 200 -4 = 7 ⋅ 200 - 7 + 3.

Somit gilt:

(212 + 1396) mod 7 ≡ (2 + 3) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 75) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 75) mod 6 ≡ (71 mod 6 ⋅ 75 mod 6) mod 6.

71 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 11 ⋅ 6 + 5 ist.

75 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 12 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 75) mod 6 ≡ (5 ⋅ 3) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24032 mod 491.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 240 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 2401=240

2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 153 mod 491

4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 332 mod 491

8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 240 mod 491

16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 153 mod 491

32: 24032=24016+16=24016⋅24016 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 332 mod 491

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 326240 mod 409.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 240 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 240 an und zerlegen 240 in eine Summer von 2er-Potenzen:

240 = 128+64+32+16

1: 3261=326

2: 3262=3261+1=3261⋅3261 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 345 mod 409

4: 3264=3262+2=3262⋅3262 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 6 mod 409

8: 3268=3264+4=3264⋅3264 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 409

16: 32616=3268+8=3268⋅3268 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 69 mod 409

32: 32632=32616+16=32616⋅32616 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 262 mod 409

64: 32664=32632+32=32632⋅32632 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 341 mod 409

128: 326128=32664+64=32664⋅32664 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 125 mod 409

326240

= 326128+64+32+16

= 326128⋅32664⋅32632⋅32616

125 ⋅ 341 ⋅ 262 ⋅ 69 mod 409
42625 ⋅ 262 ⋅ 69 mod 409 ≡ 89 ⋅ 262 ⋅ 69 mod 409
23318 ⋅ 69 mod 409 ≡ 5 ⋅ 69 mod 409
345 mod 409

Es gilt also: 326240 ≡ 345 mod 409

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 19.

Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 19

=>53 = 2⋅19 + 15
=>19 = 1⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,19)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 19-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(19 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅19 -4⋅ 15)
= 4⋅19 -5⋅ 15 (=1)
15= 53-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅19 -5⋅(53 -2⋅ 19)
= 4⋅19 -5⋅53 +10⋅ 19)
= -5⋅53 +14⋅ 19 (=1)

Es gilt also: ggt(53,19)=1 = -5⋅53 +14⋅19

oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅53 = +14⋅19

Es gilt also: 14⋅19 = 5⋅53 +1

Somit 14⋅19 = 1 mod 53

14 ist also das Inverse von 19 mod 53

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.