Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8004 + 78) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8004 + 78) mod 4 ≡ (8004 mod 4 + 78 mod 4) mod 4.

8004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8004 = 8000+4 = 4 ⋅ 2000 +4.

78 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 80-2 = 4 ⋅ 20 -2 = 4 ⋅ 20 - 4 + 2.

Somit gilt:

(8004 + 78) mod 4 ≡ (0 + 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 37) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 37) mod 8 ≡ (69 mod 8 ⋅ 37 mod 8) mod 8.

69 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 64 + 5 = 8 ⋅ 8 + 5 ist.

37 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 32 + 5 = 4 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 37) mod 8 ≡ (5 ⋅ 5) mod 8 ≡ 25 mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 65332 mod 683.

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. 653 -> x
2. mod(x²,683) -> 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: 6531=653

2: 6532=6531+1=6531⋅6531 ≡ 653⋅653=426409 ≡ 217 mod 683

4: 6534=6532+2=6532⋅6532 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 645 mod 683

8: 6538=6534+4=6534⋅6534 ≡ 645⋅645=416025 ≡ 78 mod 683

16: 65316=6538+8=6538⋅6538 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 620 mod 683

32: 65332=65316+16=65316⋅65316 ≡ 620⋅620=384400 ≡ 554 mod 683

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 207201 mod 577.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 2071=207

2: 2072=2071+1=2071⋅2071 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 151 mod 577

4: 2074=2072+2=2072⋅2072 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 298 mod 577

8: 2078=2074+4=2074⋅2074 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 523 mod 577

16: 20716=2078+8=2078⋅2078 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 31 mod 577

32: 20732=20716+16=20716⋅20716 ≡ 31⋅31=961 ≡ 384 mod 577

64: 20764=20732+32=20732⋅20732 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 321 mod 577

128: 207128=20764+64=20764⋅20764 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 335 mod 577

207201

= 207128+64+8+1

= 207128⋅20764⋅2078⋅2071

335 ⋅ 321 ⋅ 523 ⋅ 207 mod 577
107535 ⋅ 523 ⋅ 207 mod 577 ≡ 213 ⋅ 523 ⋅ 207 mod 577
111399 ⋅ 207 mod 577 ≡ 38 ⋅ 207 mod 577
7866 mod 577 ≡ 365 mod 577

Es gilt also: 207201 ≡ 365 mod 577

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 47

=>67 = 1⋅47 + 20
=>47 = 2⋅20 + 7
=>20 = 2⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,47)=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= 7-1⋅6
6= 20-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(20 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅20 +2⋅ 7)
= -1⋅20 +3⋅ 7 (=1)
7= 47-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅20 +3⋅(47 -2⋅ 20)
= -1⋅20 +3⋅47 -6⋅ 20)
= 3⋅47 -7⋅ 20 (=1)
20= 67-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅47 -7⋅(67 -1⋅ 47)
= 3⋅47 -7⋅67 +7⋅ 47)
= -7⋅67 +10⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(67,47)=1 = -7⋅67 +10⋅47

oder wenn man -7⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅67 = +10⋅47

Es gilt also: 10⋅47 = 7⋅67 +1

Somit 10⋅47 = 1 mod 67

10 ist also das Inverse von 47 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.