Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40006 - 23996) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40006 - 23996) mod 8 ≡ (40006 mod 8 - 23996 mod 8) mod 8.

40006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40006 = 40000+6 = 8 ⋅ 5000 +6.

23996 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996 = 23000+996 = 8 ⋅ 2875 +996.

Somit gilt:

(40006 - 23996) mod 8 ≡ (6 - 4) mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 64) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 64) mod 9 ≡ (15 mod 9 ⋅ 64 mod 9) mod 9.

15 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 9 + 6 = 1 ⋅ 9 + 6 ist.

64 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 7 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 64) mod 9 ≡ (6 ⋅ 1) mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7268 mod 827.

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. 726 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 7261=726

2: 7262=7261+1=7261⋅7261 ≡ 726⋅726=527076 ≡ 277 mod 827

4: 7264=7262+2=7262⋅7262 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 645 mod 827

8: 7268=7264+4=7264⋅7264 ≡ 645⋅645=416025 ≡ 44 mod 827

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 464118 mod 479.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 118 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 118 an und zerlegen 118 in eine Summer von 2er-Potenzen:

118 = 64+32+16+4+2

1: 4641=464

2: 4642=4641+1=4641⋅4641 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 225 mod 479

4: 4644=4642+2=4642⋅4642 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 330 mod 479

8: 4648=4644+4=4644⋅4644 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 167 mod 479

16: 46416=4648+8=4648⋅4648 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 107 mod 479

32: 46432=46416+16=46416⋅46416 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 432 mod 479

64: 46464=46432+32=46432⋅46432 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 293 mod 479

464118

= 46464+32+16+4+2

= 46464⋅46432⋅46416⋅4644⋅4642

≡ 293 ⋅ 432 ⋅ 107 ⋅ 330 ⋅ 225 mod 479
≡ 126576 ⋅ 107 ⋅ 330 ⋅ 225 mod 479 ≡ 120 ⋅ 107 ⋅ 330 ⋅ 225 mod 479
≡ 12840 ⋅ 330 ⋅ 225 mod 479 ≡ 386 ⋅ 330 ⋅ 225 mod 479
≡ 127380 ⋅ 225 mod 479 ≡ 445 ⋅ 225 mod 479
≡ 100125 mod 479 ≡ 14 mod 479

Es gilt also: 464118 ≡ 14 mod 479

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 30

=>53 = 1⋅30 + 23
=>30 = 1⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,30)=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= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 30-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(30 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅30 -10⋅ 23)
= 10⋅30 -13⋅ 23 (=1)
23= 53-1⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅30 -13⋅(53 -1⋅ 30)
= 10⋅30 -13⋅53 +13⋅ 30)
= -13⋅53 +23⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(53,30)=1 = -13⋅53 +23⋅30

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +23⋅30

Es gilt also: 23⋅30 = 13⋅53 +1

Somit 23⋅30 = 1 mod 53

23 ist also das Inverse von 30 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.