Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (804 - 245) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(804 - 245) mod 8 ≡ (804 mod 8 - 245 mod 8) mod 8.

804 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 804 = 800+4 = 8 ⋅ 100 +4.

245 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 245 = 240+5 = 8 ⋅ 30 +5.

Somit gilt:

(804 - 245) mod 8 ≡ (4 - 5) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (95 ⋅ 16) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(95 ⋅ 16) mod 10 ≡ (95 mod 10 ⋅ 16 mod 10) mod 10.

95 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 9 ⋅ 10 + 5 ist.

16 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 10 + 6 = 1 ⋅ 10 + 6 ist.

Somit gilt:

(95 ⋅ 16) mod 10 ≡ (5 ⋅ 6) mod 10 ≡ 30 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21216 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. 212 -> 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: 2121=212

2: 2122=2121+1=2121⋅2121 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 226 mod 257

4: 2124=2122+2=2122⋅2122 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 190 mod 257

8: 2128=2124+4=2124⋅2124 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 120 mod 257

16: 21216=2128+8=2128⋅2128 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 8 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 531221 mod 859.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:

221 = 128+64+16+8+4+1

1: 5311=531

2: 5312=5311+1=5311⋅5311 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 209 mod 859

4: 5314=5312+2=5312⋅5312 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 731 mod 859

8: 5318=5314+4=5314⋅5314 ≡ 731⋅731=534361 ≡ 63 mod 859

16: 53116=5318+8=5318⋅5318 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 533 mod 859

32: 53132=53116+16=53116⋅53116 ≡ 533⋅533=284089 ≡ 619 mod 859

64: 53164=53132+32=53132⋅53132 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 47 mod 859

128: 531128=53164+64=53164⋅53164 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 491 mod 859

531221

= 531128+64+16+8+4+1

= 531128⋅53164⋅53116⋅5318⋅5314⋅5311

491 ⋅ 47 ⋅ 533 ⋅ 63 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859
23077 ⋅ 533 ⋅ 63 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859 ≡ 743 ⋅ 533 ⋅ 63 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859
396019 ⋅ 63 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859 ≡ 20 ⋅ 63 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859
1260 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859 ≡ 401 ⋅ 731 ⋅ 531 mod 859
293131 ⋅ 531 mod 859 ≡ 212 ⋅ 531 mod 859
112572 mod 859 ≡ 43 mod 859

Es gilt also: 531221 ≡ 43 mod 859

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 71.

Also bestimme x, so dass 71 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 71

=>79 = 1⋅71 + 8
=>71 = 8⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,71)=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= 8-1⋅7
7= 71-8⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(71 -8⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅71 +8⋅ 8)
= -1⋅71 +9⋅ 8 (=1)
8= 79-1⋅71 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅71 +9⋅(79 -1⋅ 71)
= -1⋅71 +9⋅79 -9⋅ 71)
= 9⋅79 -10⋅ 71 (=1)

Es gilt also: ggt(79,71)=1 = 9⋅79 -10⋅71

oder wenn man 9⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅79 = -10⋅71

-10⋅71 = -9⋅79 + 1 |+79⋅71

-10⋅71 + 79⋅71 = -9⋅79 + 79⋅71 + 1

(-10 + 79) ⋅ 71 = (-9 + 71) ⋅ 79 + 1

69⋅71 = 62⋅79 + 1

Es gilt also: 69⋅71 = 62⋅79 +1

Somit 69⋅71 = 1 mod 79

69 ist also das Inverse von 71 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.