Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (139 - 14000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(139 - 14000) mod 7 ≡ (139 mod 7 - 14000 mod 7) mod 7.

139 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 139 = 140-1 = 7 ⋅ 20 -1 = 7 ⋅ 20 - 7 + 6.

14000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14000 = 14000+0 = 7 ⋅ 2000 +0.

Somit gilt:

(139 - 14000) mod 7 ≡ (6 - 0) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 82) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 82) mod 7 ≡ (70 mod 7 ⋅ 82 mod 7) mod 7.

70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 10 ⋅ 7 + 0 ist.

82 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 77 + 5 = 11 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(70 ⋅ 82) mod 7 ≡ (0 ⋅ 5) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 184128 mod 563.

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. 184 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 76 mod 563

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 146 mod 563

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 485 mod 563

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 485⋅485=235225 ≡ 454 mod 563

32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 58 mod 563

64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 549 mod 563

128: 184128=18464+64=18464⋅18464 ≡ 549⋅549=301401 ≡ 196 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 578138 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 138 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 138 an und zerlegen 138 in eine Summer von 2er-Potenzen:

138 = 128+8+2

1: 5781=578

2: 5782=5781+1=5781⋅5781 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 408 mod 701

4: 5784=5782+2=5782⋅5782 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 327 mod 701

8: 5788=5784+4=5784⋅5784 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 377 mod 701

16: 57816=5788+8=5788⋅5788 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 527 mod 701

32: 57832=57816+16=57816⋅57816 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 133 mod 701

64: 57864=57832+32=57832⋅57832 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 164 mod 701

128: 578128=57864+64=57864⋅57864 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 258 mod 701

578138

= 578128+8+2

= 578128⋅5788⋅5782

≡ 258 ⋅ 377 ⋅ 408 mod 701
≡ 97266 ⋅ 408 mod 701 ≡ 528 ⋅ 408 mod 701
≡ 215424 mod 701 ≡ 217 mod 701

Es gilt also: 578138 ≡ 217 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 18.

Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 18

=>61 = 3⋅18 + 7
=>18 = 2⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,18)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 18-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(18 -2⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅18 -4⋅ 7)
= 2⋅18 -5⋅ 7 (=1)
7= 61-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅18 -5⋅(61 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -5⋅61 +15⋅ 18)
= -5⋅61 +17⋅ 18 (=1)

Es gilt also: ggt(61,18)=1 = -5⋅61 +17⋅18

oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅61 = +17⋅18

Es gilt also: 17⋅18 = 5⋅61 +1

Somit 17⋅18 = 1 mod 61

17 ist also das Inverse von 18 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.