Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4996 + 504) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4996 + 504) mod 5 ≡ (4996 mod 5 + 504 mod 5) mod 5.

4996 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4996 = 4000+996 = 5 ⋅ 800 +996.

504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 504 = 500+4 = 5 ⋅ 100 +4.

Somit gilt:

(4996 + 504) mod 5 ≡ (1 + 4) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 33) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 33) mod 11 ≡ (64 mod 11 ⋅ 33 mod 11) mod 11.

64 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 55 + 9 = 5 ⋅ 11 + 9 ist.

33 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 3 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 33) mod 11 ≡ (9 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 76264 mod 881.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 762 -> x
2. mod(x²,881) -> 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: 7621=762

2: 7622=7621+1=7621⋅7621 ≡ 762⋅762=580644 ≡ 65 mod 881

4: 7624=7622+2=7622⋅7622 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 701 mod 881

8: 7628=7624+4=7624⋅7624 ≡ 701⋅701=491401 ≡ 684 mod 881

16: 76216=7628+8=7628⋅7628 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 45 mod 881

32: 76232=76216+16=76216⋅76216 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 263 mod 881

64: 76264=76232+32=76232⋅76232 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 451 mod 881

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 258228 mod 569.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 228 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 228 an und zerlegen 228 in eine Summer von 2er-Potenzen:

228 = 128+64+32+4

1: 2581=258

2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 560 mod 569

4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 81 mod 569

8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 302 mod 569

16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 164 mod 569

32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 153 mod 569

64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 80 mod 569

128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 141 mod 569

258228

= 258128+64+32+4

= 258128⋅25864⋅25832⋅2584

≡ 141 ⋅ 80 ⋅ 153 ⋅ 81 mod 569
≡ 11280 ⋅ 153 ⋅ 81 mod 569 ≡ 469 ⋅ 153 ⋅ 81 mod 569
≡ 71757 ⋅ 81 mod 569 ≡ 63 ⋅ 81 mod 569
≡ 5103 mod 569 ≡ 551 mod 569

Es gilt also: 258228 ≡ 551 mod 569

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 24

=>79 = 3⋅24 + 7
=>24 = 3⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,24)=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= 7-2⋅3
3= 24-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(24 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅24 +6⋅ 7)
= -2⋅24 +7⋅ 7 (=1)
7= 79-3⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅24 +7⋅(79 -3⋅ 24)
= -2⋅24 +7⋅79 -21⋅ 24)
= 7⋅79 -23⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(79,24)=1 = 7⋅79 -23⋅24

oder wenn man 7⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅79 = -23⋅24

-23⋅24 = -7⋅79 + 1 |+79⋅24

-23⋅24 + 79⋅24 = -7⋅79 + 79⋅24 + 1

(-23 + 79) ⋅ 24 = (-7 + 24) ⋅ 79 + 1

56⋅24 = 17⋅79 + 1

Es gilt also: 56⋅24 = 17⋅79 +1

Somit 56⋅24 = 1 mod 79

56 ist also das Inverse von 24 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.