Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (133 + 146) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(133 + 146) mod 7 ≡ (133 mod 7 + 146 mod 7) mod 7.

133 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 133 = 140-7 = 7 ⋅ 20 -7 = 7 ⋅ 20 - 7 + 0.

146 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 146 = 140+6 = 7 ⋅ 20 +6.

Somit gilt:

(133 + 146) mod 7 ≡ (0 + 6) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 61) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 61) mod 6 ≡ (93 mod 6 ⋅ 61 mod 6) mod 6.

93 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 15 ⋅ 6 + 3 ist.

61 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 10 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 61) mod 6 ≡ (3 ⋅ 1) mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 336128 mod 353.

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. 336 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 3361=336

2: 3362=3361+1=3361⋅3361 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 289 mod 353

4: 3364=3362+2=3362⋅3362 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 213 mod 353

8: 3368=3364+4=3364⋅3364 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 185 mod 353

16: 33616=3368+8=3368⋅3368 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 337 mod 353

32: 33632=33616+16=33616⋅33616 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 256 mod 353

64: 33664=33632+32=33632⋅33632 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 231 mod 353

128: 336128=33664+64=33664⋅33664 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 58 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29573 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 73 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 73 an und zerlegen 73 in eine Summer von 2er-Potenzen:

73 = 64+8+1

1: 2951=295

2: 2952=2951+1=2951⋅2951 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 962 mod 967

4: 2954=2952+2=2952⋅2952 ≡ 962⋅962=925444 ≡ 25 mod 967

8: 2958=2954+4=2954⋅2954 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 967

16: 29516=2958+8=2958⋅2958 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 924 mod 967

32: 29532=29516+16=29516⋅29516 ≡ 924⋅924=853776 ≡ 882 mod 967

64: 29564=29532+32=29532⋅29532 ≡ 882⋅882=777924 ≡ 456 mod 967

29573

= 29564+8+1

= 29564⋅2958⋅2951

456 ⋅ 625 ⋅ 295 mod 967
285000 ⋅ 295 mod 967 ≡ 702 ⋅ 295 mod 967
207090 mod 967 ≡ 152 mod 967

Es gilt also: 29573 ≡ 152 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 55

=>71 = 1⋅55 + 16
=>55 = 3⋅16 + 7
=>16 = 2⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,55)=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= 7-3⋅2
2= 16-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(16 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅16 +6⋅ 7)
= -3⋅16 +7⋅ 7 (=1)
7= 55-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅16 +7⋅(55 -3⋅ 16)
= -3⋅16 +7⋅55 -21⋅ 16)
= 7⋅55 -24⋅ 16 (=1)
16= 71-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅55 -24⋅(71 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -24⋅71 +24⋅ 55)
= -24⋅71 +31⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(71,55)=1 = -24⋅71 +31⋅55

oder wenn man -24⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +24⋅71 = +31⋅55

Es gilt also: 31⋅55 = 24⋅71 +1

Somit 31⋅55 = 1 mod 71

31 ist also das Inverse von 55 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.