Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15996 - 164) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15996 - 164) mod 4 ≡ (15996 mod 4 - 164 mod 4) mod 4.

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

164 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 164 = 160+4 = 4 ⋅ 40 +4.

Somit gilt:

(15996 - 164) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 25) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 25) mod 7 ≡ (48 mod 7 ⋅ 25 mod 7) mod 7.

48 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 42 + 6 = 6 ⋅ 7 + 6 ist.

25 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 21 + 4 = 3 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(48 ⋅ 25) mod 7 ≡ (6 ⋅ 4) mod 7 ≡ 24 mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5568 mod 761.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 556 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 5561=556

2: 5562=5561+1=5561⋅5561 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 170 mod 761

4: 5564=5562+2=5562⋅5562 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 743 mod 761

8: 5568=5564+4=5564⋅5564 ≡ 743⋅743=552049 ≡ 324 mod 761

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 386249 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 3861=386

2: 3862=3861+1=3861⋅3861 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 867 mod 887

4: 3864=3862+2=3862⋅3862 ≡ 867⋅867=751689 ≡ 400 mod 887

8: 3868=3864+4=3864⋅3864 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 340 mod 887

16: 38616=3868+8=3868⋅3868 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 290 mod 887

32: 38632=38616+16=38616⋅38616 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 722 mod 887

64: 38664=38632+32=38632⋅38632 ≡ 722⋅722=521284 ≡ 615 mod 887

128: 386128=38664+64=38664⋅38664 ≡ 615⋅615=378225 ≡ 363 mod 887

386249

= 386128+64+32+16+8+1

= 386128⋅38664⋅38632⋅38616⋅3868⋅3861

363 ⋅ 615 ⋅ 722 ⋅ 290 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887
223245 ⋅ 722 ⋅ 290 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887 ≡ 608 ⋅ 722 ⋅ 290 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887
438976 ⋅ 290 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887 ≡ 798 ⋅ 290 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887
231420 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887 ≡ 800 ⋅ 340 ⋅ 386 mod 887
272000 ⋅ 386 mod 887 ≡ 578 ⋅ 386 mod 887
223108 mod 887 ≡ 471 mod 887

Es gilt also: 386249 ≡ 471 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 46

=>83 = 1⋅46 + 37
=>46 = 1⋅37 + 9
=>37 = 4⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,46)=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= 37-4⋅9
9= 46-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅37 -4⋅(46 -1⋅ 37)
= 1⋅37 -4⋅46 +4⋅ 37)
= -4⋅46 +5⋅ 37 (=1)
37= 83-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅46 +5⋅(83 -1⋅ 46)
= -4⋅46 +5⋅83 -5⋅ 46)
= 5⋅83 -9⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(83,46)=1 = 5⋅83 -9⋅46

oder wenn man 5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅83 = -9⋅46

-9⋅46 = -5⋅83 + 1 |+83⋅46

-9⋅46 + 83⋅46 = -5⋅83 + 83⋅46 + 1

(-9 + 83) ⋅ 46 = (-5 + 46) ⋅ 83 + 1

74⋅46 = 41⋅83 + 1

Es gilt also: 74⋅46 = 41⋅83 +1

Somit 74⋅46 = 1 mod 83

74 ist also das Inverse von 46 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.