Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15996 + 2003) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15996 + 2003) mod 4 ≡ (15996 mod 4 + 2003 mod 4) mod 4.

15996 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15996 = 15000+996 = 4 ⋅ 3750 +996.

2003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2003 = 2000+3 = 4 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(15996 + 2003) mod 4 ≡ (0 + 3) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 73) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 ⋅ 73) mod 5 ≡ (79 mod 5 ⋅ 73 mod 5) mod 5.

79 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 75 + 4 = 15 ⋅ 5 + 4 ist.

73 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 70 + 3 = 14 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(79 ⋅ 73) mod 5 ≡ (4 ⋅ 3) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34316 mod 569.

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. 343 -> x
2. mod(x²,569) -> 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: 3431=343

2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 435 mod 569

4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 317 mod 569

8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 345 mod 569

16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 104 mod 569

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 203145 mod 571.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 145 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 145 an und zerlegen 145 in eine Summer von 2er-Potenzen:

145 = 128+16+1

1: 2031=203

2: 2032=2031+1=2031⋅2031 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 97 mod 571

4: 2034=2032+2=2032⋅2032 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 273 mod 571

8: 2038=2034+4=2034⋅2034 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 299 mod 571

16: 20316=2038+8=2038⋅2038 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 325 mod 571

32: 20332=20316+16=20316⋅20316 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 561 mod 571

64: 20364=20332+32=20332⋅20332 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 100 mod 571

128: 203128=20364+64=20364⋅20364 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 293 mod 571

203145

= 203128+16+1

= 203128⋅20316⋅2031

293 ⋅ 325 ⋅ 203 mod 571
95225 ⋅ 203 mod 571 ≡ 439 ⋅ 203 mod 571
89117 mod 571 ≡ 41 mod 571

Es gilt also: 203145 ≡ 41 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 47

=>53 = 1⋅47 + 6
=>47 = 7⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,47)=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= 6-1⋅5
5= 47-7⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(47 -7⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅47 +7⋅ 6)
= -1⋅47 +8⋅ 6 (=1)
6= 53-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +8⋅(53 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +8⋅53 -8⋅ 47)
= 8⋅53 -9⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(53,47)=1 = 8⋅53 -9⋅47

oder wenn man 8⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅53 = -9⋅47

-9⋅47 = -8⋅53 + 1 |+53⋅47

-9⋅47 + 53⋅47 = -8⋅53 + 53⋅47 + 1

(-9 + 53) ⋅ 47 = (-8 + 47) ⋅ 53 + 1

44⋅47 = 39⋅53 + 1

Es gilt also: 44⋅47 = 39⋅53 +1

Somit 44⋅47 = 1 mod 53

44 ist also das Inverse von 47 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.