Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18004 - 1797) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18004 - 1797) mod 9 ≡ (18004 mod 9 - 1797 mod 9) mod 9.

18004 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18004 = 18000+4 = 9 ⋅ 2000 +4.

1797 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797 = 1800-3 = 9 ⋅ 200 -3 = 9 ⋅ 200 - 9 + 6.

Somit gilt:

(18004 - 1797) mod 9 ≡ (4 - 6) mod 9 ≡ -2 mod 9 ≡ 7 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (56 ⋅ 70) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(56 ⋅ 70) mod 6 ≡ (56 mod 6 ⋅ 70 mod 6) mod 6.

56 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 9 ⋅ 6 + 2 ist.

70 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 11 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(56 ⋅ 70) mod 6 ≡ (2 ⋅ 4) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27416 mod 571.

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. 274 -> x
2. mod(x²,571) -> 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: 2741=274

2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 275 mod 571

4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 253 mod 571

8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 57 mod 571

16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 394 mod 571

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 258136 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 136 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 136 an und zerlegen 136 in eine Summer von 2er-Potenzen:

136 = 128+8

1: 2581=258

2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 149 mod 359

4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 302 mod 359

8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 18 mod 359

16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 359

32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 148 mod 359

64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 5 mod 359

128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 359

258136

= 258128+8

= 258128⋅2588

25 ⋅ 18 mod 359
450 mod 359 ≡ 91 mod 359

Es gilt also: 258136 ≡ 91 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 53

=>97 = 1⋅53 + 44
=>53 = 1⋅44 + 9
=>44 = 4⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,53)=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= 9-1⋅8
8= 44-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(44 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅44 +4⋅ 9)
= -1⋅44 +5⋅ 9 (=1)
9= 53-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅44 +5⋅(53 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +5⋅53 -5⋅ 44)
= 5⋅53 -6⋅ 44 (=1)
44= 97-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅53 -6⋅(97 -1⋅ 53)
= 5⋅53 -6⋅97 +6⋅ 53)
= -6⋅97 +11⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(97,53)=1 = -6⋅97 +11⋅53

oder wenn man -6⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +6⋅97 = +11⋅53

Es gilt also: 11⋅53 = 6⋅97 +1

Somit 11⋅53 = 1 mod 97

11 ist also das Inverse von 53 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.