Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34996 + 21002) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34996 + 21002) mod 7 ≡ (34996 mod 7 + 21002 mod 7) mod 7.

34996 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34996 = 35000-4 = 7 ⋅ 5000 -4 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 3.

21002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21002 = 21000+2 = 7 ⋅ 3000 +2.

Somit gilt:

(34996 + 21002) mod 7 ≡ (3 + 2) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 38) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17 ⋅ 38) mod 5 ≡ (17 mod 5 ⋅ 38 mod 5) mod 5.

17 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 3 ⋅ 5 + 2 ist.

38 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 35 + 3 = 7 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(17 ⋅ 38) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 64064 mod 653.

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. 640 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 6401=640

2: 6402=6401+1=6401⋅6401 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 169 mod 653

4: 6404=6402+2=6402⋅6402 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 482 mod 653

8: 6408=6404+4=6404⋅6404 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 509 mod 653

16: 64016=6408+8=6408⋅6408 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 493 mod 653

32: 64032=64016+16=64016⋅64016 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 133 mod 653

64: 64064=64032+32=64032⋅64032 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 58 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 457189 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 4571=457

2: 4572=4571+1=4571⋅4571 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 159 mod 509

4: 4574=4572+2=4572⋅4572 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 340 mod 509

8: 4578=4574+4=4574⋅4574 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 57 mod 509

16: 45716=4578+8=4578⋅4578 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 195 mod 509

32: 45732=45716+16=45716⋅45716 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 359 mod 509

64: 45764=45732+32=45732⋅45732 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 104 mod 509

128: 457128=45764+64=45764⋅45764 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 127 mod 509

457189

= 457128+32+16+8+4+1

= 457128⋅45732⋅45716⋅4578⋅4574⋅4571

127 ⋅ 359 ⋅ 195 ⋅ 57 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509
45593 ⋅ 195 ⋅ 57 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509 ≡ 292 ⋅ 195 ⋅ 57 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509
56940 ⋅ 57 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509 ≡ 441 ⋅ 57 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509
25137 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509 ≡ 196 ⋅ 340 ⋅ 457 mod 509
66640 ⋅ 457 mod 509 ≡ 470 ⋅ 457 mod 509
214790 mod 509 ≡ 501 mod 509

Es gilt also: 457189 ≡ 501 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 37.

Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 37

=>59 = 1⋅37 + 22
=>37 = 1⋅22 + 15
=>22 = 1⋅15 + 7
=>15 = 2⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,37)=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= 15-2⋅7
7= 22-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -2⋅(22 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -2⋅22 +2⋅ 15)
= -2⋅22 +3⋅ 15 (=1)
15= 37-1⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +3⋅(37 -1⋅ 22)
= -2⋅22 +3⋅37 -3⋅ 22)
= 3⋅37 -5⋅ 22 (=1)
22= 59-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅37 -5⋅(59 -1⋅ 37)
= 3⋅37 -5⋅59 +5⋅ 37)
= -5⋅59 +8⋅ 37 (=1)

Es gilt also: ggt(59,37)=1 = -5⋅59 +8⋅37

oder wenn man -5⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅59 = +8⋅37

Es gilt also: 8⋅37 = 5⋅59 +1

Somit 8⋅37 = 1 mod 59

8 ist also das Inverse von 37 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.