Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (172 + 2707) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(172 + 2707) mod 9 ≡ (172 mod 9 + 2707 mod 9) mod 9.

172 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 172 = 180-8 = 9 ⋅ 20 -8 = 9 ⋅ 20 - 9 + 1.

2707 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2707 = 2700+7 = 9 ⋅ 300 +7.

Somit gilt:

(172 + 2707) mod 9 ≡ (1 + 7) mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 79) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 79) mod 6 ≡ (95 mod 6 ⋅ 79 mod 6) mod 6.

95 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 15 ⋅ 6 + 5 ist.

79 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 78 + 1 = 13 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 79) mod 6 ≡ (5 ⋅ 1) mod 6 ≡ 5 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 97128 mod 241.

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. 97 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 971=97

2: 972=971+1=971⋅971 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 10 mod 241

4: 974=972+2=972⋅972 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 241

8: 978=974+4=974⋅974 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 119 mod 241

16: 9716=978+8=978⋅978 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 183 mod 241

32: 9732=9716+16=9716⋅9716 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 231 mod 241

64: 9764=9732+32=9732⋅9732 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 100 mod 241

128: 97128=9764+64=9764⋅9764 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 119 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 491141 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 141 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 141 an und zerlegen 141 in eine Summer von 2er-Potenzen:

141 = 128+8+4+1

1: 4911=491

2: 4912=4911+1=4911⋅4911 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 324 mod 509

4: 4914=4912+2=4912⋅4912 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 122 mod 509

8: 4918=4914+4=4914⋅4914 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 123 mod 509

16: 49116=4918+8=4918⋅4918 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 368 mod 509

32: 49132=49116+16=49116⋅49116 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 30 mod 509

64: 49164=49132+32=49132⋅49132 ≡ 30⋅30=900 ≡ 391 mod 509

128: 491128=49164+64=49164⋅49164 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 181 mod 509

491141

= 491128+8+4+1

= 491128⋅4918⋅4914⋅4911

181 ⋅ 123 ⋅ 122 ⋅ 491 mod 509
22263 ⋅ 122 ⋅ 491 mod 509 ≡ 376 ⋅ 122 ⋅ 491 mod 509
45872 ⋅ 491 mod 509 ≡ 62 ⋅ 491 mod 509
30442 mod 509 ≡ 411 mod 509

Es gilt also: 491141 ≡ 411 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 54

=>59 = 1⋅54 + 5
=>54 = 10⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,54)=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= 5-1⋅4
4= 54-10⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(54 -10⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅54 +10⋅ 5)
= -1⋅54 +11⋅ 5 (=1)
5= 59-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅54 +11⋅(59 -1⋅ 54)
= -1⋅54 +11⋅59 -11⋅ 54)
= 11⋅59 -12⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(59,54)=1 = 11⋅59 -12⋅54

oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅59 = -12⋅54

-12⋅54 = -11⋅59 + 1 |+59⋅54

-12⋅54 + 59⋅54 = -11⋅59 + 59⋅54 + 1

(-12 + 59) ⋅ 54 = (-11 + 54) ⋅ 59 + 1

47⋅54 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 47⋅54 = 43⋅59 +1

Somit 47⋅54 = 1 mod 59

47 ist also das Inverse von 54 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.