Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (503 + 15000) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(503 + 15000) mod 5 ≡ (503 mod 5 + 15000 mod 5) mod 5.

503 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 503 = 500+3 = 5 ⋅ 100 +3.

15000 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000 = 15000+0 = 5 ⋅ 3000 +0.

Somit gilt:

(503 + 15000) mod 5 ≡ (3 + 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (42 ⋅ 34) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(42 ⋅ 34) mod 8 ≡ (42 mod 8 ⋅ 34 mod 8) mod 8.

42 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40 + 2 = 5 ⋅ 8 + 2 ist.

34 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 32 + 2 = 4 ⋅ 8 + 2 ist.

Somit gilt:

(42 ⋅ 34) mod 8 ≡ (2 ⋅ 2) mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19916 mod 257.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 199 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1991=199

2: 1992=1991+1=1991⋅1991 ≡ 199⋅199=39601 ≡ 23 mod 257

4: 1994=1992+2=1992⋅1992 ≡ 23⋅23=529 ≡ 15 mod 257

8: 1998=1994+4=1994⋅1994 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 257

16: 19916=1998+8=1998⋅1998 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 253 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29489 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 89 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 89 an und zerlegen 89 in eine Summer von 2er-Potenzen:

89 = 64+16+8+1

1: 2941=294

2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 51 mod 443

4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 386 mod 443

8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 148 mod 443

16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 197 mod 443

32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 268 mod 443

64: 29464=29432+32=29432⋅29432 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 58 mod 443

29489

= 29464+16+8+1

= 29464⋅29416⋅2948⋅2941

58 ⋅ 197 ⋅ 148 ⋅ 294 mod 443
11426 ⋅ 148 ⋅ 294 mod 443 ≡ 351 ⋅ 148 ⋅ 294 mod 443
51948 ⋅ 294 mod 443 ≡ 117 ⋅ 294 mod 443
34398 mod 443 ≡ 287 mod 443

Es gilt also: 29489 ≡ 287 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 50

=>73 = 1⋅50 + 23
=>50 = 2⋅23 + 4
=>23 = 5⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,50)=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= 23-5⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4)
= -1⋅23 +6⋅ 4 (=1)
4= 50-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅23 +6⋅(50 -2⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅50 -12⋅ 23)
= 6⋅50 -13⋅ 23 (=1)
23= 73-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅50 -13⋅(73 -1⋅ 50)
= 6⋅50 -13⋅73 +13⋅ 50)
= -13⋅73 +19⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(73,50)=1 = -13⋅73 +19⋅50

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +19⋅50

Es gilt also: 19⋅50 = 13⋅73 +1

Somit 19⋅50 = 1 mod 73

19 ist also das Inverse von 50 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.