Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (182 - 12006) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(182 - 12006) mod 6 ≡ (182 mod 6 - 12006 mod 6) mod 6.

182 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 182 = 180+2 = 6 ⋅ 30 +2.

12006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12006 = 12000+6 = 6 ⋅ 2000 +6.

Somit gilt:

(182 - 12006) mod 6 ≡ (2 - 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 59) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 59) mod 3 ≡ (56 mod 3 ⋅ 59 mod 3) mod 3.

56 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 18 ⋅ 3 + 2 ist.

59 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 57 + 2 = 19 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 59) mod 3 ≡ (2 ⋅ 2) mod 3 ≡ 4 mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 523128 mod 677.

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. 523 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 5231=523

2: 5232=5231+1=5231⋅5231 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 21 mod 677

4: 5234=5232+2=5232⋅5232 ≡ 21⋅21=441 ≡ 441 mod 677

8: 5238=5234+4=5234⋅5234 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 182 mod 677

16: 52316=5238+8=5238⋅5238 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 628 mod 677

32: 52332=52316+16=52316⋅52316 ≡ 628⋅628=394384 ≡ 370 mod 677

64: 52364=52332+32=52332⋅52332 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 146 mod 677

128: 523128=52364+64=52364⋅52364 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 329 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 690242 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 6901=690

2: 6902=6901+1=6901⋅6901 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 336 mod 967

4: 6904=6902+2=6902⋅6902 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 724 mod 967

8: 6908=6904+4=6904⋅6904 ≡ 724⋅724=524176 ≡ 62 mod 967

16: 69016=6908+8=6908⋅6908 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 943 mod 967

32: 69032=69016+16=69016⋅69016 ≡ 943⋅943=889249 ≡ 576 mod 967

64: 69064=69032+32=69032⋅69032 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 95 mod 967

128: 690128=69064+64=69064⋅69064 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 322 mod 967

690242

= 690128+64+32+16+2

= 690128⋅69064⋅69032⋅69016⋅6902

≡ 322 ⋅ 95 ⋅ 576 ⋅ 943 ⋅ 336 mod 967
≡ 30590 ⋅ 576 ⋅ 943 ⋅ 336 mod 967 ≡ 613 ⋅ 576 ⋅ 943 ⋅ 336 mod 967
≡ 353088 ⋅ 943 ⋅ 336 mod 967 ≡ 133 ⋅ 943 ⋅ 336 mod 967
≡ 125419 ⋅ 336 mod 967 ≡ 676 ⋅ 336 mod 967
≡ 227136 mod 967 ≡ 858 mod 967

Es gilt also: 690242 ≡ 858 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 53

=>71 = 1⋅53 + 18
=>53 = 2⋅18 + 17
=>18 = 1⋅17 + 1
=>17 = 17⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,53)=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= 18-1⋅17
17= 53-2⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅18 -1⋅(53 -2⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅53 +2⋅ 18)
= -1⋅53 +3⋅ 18 (=1)
18= 71-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅53 +3⋅(71 -1⋅ 53)
= -1⋅53 +3⋅71 -3⋅ 53)
= 3⋅71 -4⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(71,53)=1 = 3⋅71 -4⋅53

oder wenn man 3⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅71 = -4⋅53

-4⋅53 = -3⋅71 + 1 |+71⋅53

-4⋅53 + 71⋅53 = -3⋅71 + 71⋅53 + 1

(-4 + 71) ⋅ 53 = (-3 + 53) ⋅ 71 + 1

67⋅53 = 50⋅71 + 1

Es gilt also: 67⋅53 = 50⋅71 +1

Somit 67⋅53 = 1 mod 71

67 ist also das Inverse von 53 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.