Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3494 + 34993) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3494 + 34993) mod 7 ≡ (3494 mod 7 + 34993 mod 7) mod 7.

3494 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3494 = 3500-6 = 7 ⋅ 500 -6 = 7 ⋅ 500 - 7 + 1.

34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993 = 35000-7 = 7 ⋅ 5000 -7 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 0.

Somit gilt:

(3494 + 34993) mod 7 ≡ (1 + 0) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 77) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40 ⋅ 77) mod 4 ≡ (40 mod 4 ⋅ 77 mod 4) mod 4.

40 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 10 ⋅ 4 + 0 ist.

77 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 76 + 1 = 19 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(40 ⋅ 77) mod 4 ≡ (0 ⋅ 1) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 579128 mod 787.

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. 579 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 5791=579

2: 5792=5791+1=5791⋅5791 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 766 mod 787

4: 5794=5792+2=5792⋅5792 ≡ 766⋅766=586756 ≡ 441 mod 787

8: 5798=5794+4=5794⋅5794 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 92 mod 787

16: 57916=5798+8=5798⋅5798 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 594 mod 787

32: 57932=57916+16=57916⋅57916 ≡ 594⋅594=352836 ≡ 260 mod 787

64: 57964=57932+32=57932⋅57932 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 705 mod 787

128: 579128=57964+64=57964⋅57964 ≡ 705⋅705=497025 ≡ 428 mod 787

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 506249 mod 571.

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: 5061=506

2: 5062=5061+1=5061⋅5061 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 228 mod 571

4: 5064=5062+2=5062⋅5062 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 23 mod 571

8: 5068=5064+4=5064⋅5064 ≡ 23⋅23=529 ≡ 529 mod 571

16: 50616=5068+8=5068⋅5068 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 51 mod 571

32: 50632=50616+16=50616⋅50616 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 317 mod 571

64: 50664=50632+32=50632⋅50632 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 564 mod 571

128: 506128=50664+64=50664⋅50664 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 49 mod 571

506249

= 506128+64+32+16+8+1

= 506128⋅50664⋅50632⋅50616⋅5068⋅5061

49 ⋅ 564 ⋅ 317 ⋅ 51 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571
27636 ⋅ 317 ⋅ 51 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571 ≡ 228 ⋅ 317 ⋅ 51 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571
72276 ⋅ 51 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571 ≡ 330 ⋅ 51 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571
16830 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571 ≡ 271 ⋅ 529 ⋅ 506 mod 571
143359 ⋅ 506 mod 571 ≡ 38 ⋅ 506 mod 571
19228 mod 571 ≡ 385 mod 571

Es gilt also: 506249 ≡ 385 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 48

=>89 = 1⋅48 + 41
=>48 = 1⋅41 + 7
=>41 = 5⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,48)=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= 7-1⋅6
6= 41-5⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(41 -5⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅41 +5⋅ 7)
= -1⋅41 +6⋅ 7 (=1)
7= 48-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅41 +6⋅(48 -1⋅ 41)
= -1⋅41 +6⋅48 -6⋅ 41)
= 6⋅48 -7⋅ 41 (=1)
41= 89-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅48 -7⋅(89 -1⋅ 48)
= 6⋅48 -7⋅89 +7⋅ 48)
= -7⋅89 +13⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(89,48)=1 = -7⋅89 +13⋅48

oder wenn man -7⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅89 = +13⋅48

Es gilt also: 13⋅48 = 7⋅89 +1

Somit 13⋅48 = 1 mod 89

13 ist also das Inverse von 48 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.