Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (995 - 496) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(995 - 496) mod 5 ≡ (995 mod 5 - 496 mod 5) mod 5.

995 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 995 = 900+95 = 5 ⋅ 180 +95.

496 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 496 = 400+96 = 5 ⋅ 80 +96.

Somit gilt:

(995 - 496) mod 5 ≡ (0 - 1) mod 5 ≡ -1 mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 28) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 28) mod 7 ≡ (58 mod 7 ⋅ 28 mod 7) mod 7.

58 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 8 ⋅ 7 + 2 ist.

28 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 4 ⋅ 7 + 0 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 28) mod 7 ≡ (2 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 39716 mod 619.

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. 397 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 3971=397

2: 3972=3971+1=3971⋅3971 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 383 mod 619

4: 3974=3972+2=3972⋅3972 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 605 mod 619

8: 3978=3974+4=3974⋅3974 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 196 mod 619

16: 39716=3978+8=3978⋅3978 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 38 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 162155 mod 233.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 155 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 155 an und zerlegen 155 in eine Summer von 2er-Potenzen:

155 = 128+16+8+2+1

1: 1621=162

2: 1622=1621+1=1621⋅1621 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 148 mod 233

4: 1624=1622+2=1622⋅1622 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 2 mod 233

8: 1628=1624+4=1624⋅1624 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 233

16: 16216=1628+8=1628⋅1628 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 233

32: 16232=16216+16=16216⋅16216 ≡ 16⋅16=256 ≡ 23 mod 233

64: 16264=16232+32=16232⋅16232 ≡ 23⋅23=529 ≡ 63 mod 233

128: 162128=16264+64=16264⋅16264 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233

162155

= 162128+16+8+2+1

= 162128⋅16216⋅1628⋅1622⋅1621

8 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 148 ⋅ 162 mod 233
128 ⋅ 4 ⋅ 148 ⋅ 162 mod 233
512 ⋅ 148 ⋅ 162 mod 233 ≡ 46 ⋅ 148 ⋅ 162 mod 233
6808 ⋅ 162 mod 233 ≡ 51 ⋅ 162 mod 233
8262 mod 233 ≡ 107 mod 233

Es gilt also: 162155 ≡ 107 mod 233

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.