Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16003 - 11999) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16003 - 11999) mod 4 ≡ (16003 mod 4 - 11999 mod 4) mod 4.

16003 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16003 = 16000+3 = 4 ⋅ 4000 +3.

11999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999 = 11000+999 = 4 ⋅ 2750 +999.

Somit gilt:

(16003 - 11999) mod 4 ≡ (3 - 3) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 73) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 73) mod 6 ≡ (53 mod 6 ⋅ 73 mod 6) mod 6.

53 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 8 ⋅ 6 + 5 ist.

73 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 12 ⋅ 6 + 1 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 73) mod 6 ≡ (5 ⋅ 1) mod 6 ≡ 5 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 241128 mod 577.

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. 241 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 2411=241

2: 2412=2411+1=2411⋅2411 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 381 mod 577

4: 2414=2412+2=2412⋅2412 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 334 mod 577

8: 2418=2414+4=2414⋅2414 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 195 mod 577

16: 24116=2418+8=2418⋅2418 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 520 mod 577

32: 24132=24116+16=24116⋅24116 ≡ 520⋅520=270400 ≡ 364 mod 577

64: 24164=24132+32=24132⋅24132 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 363 mod 577

128: 241128=24164+64=24164⋅24164 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 213 mod 577

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18792 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 92 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 92 an und zerlegen 92 in eine Summer von 2er-Potenzen:

92 = 64+16+8+4

1: 1871=187

2: 1872=1871+1=1871⋅1871 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 268 mod 269

4: 1874=1872+2=1872⋅1872 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 1 mod 269

8: 1878=1874+4=1874⋅1874 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

16: 18716=1878+8=1878⋅1878 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

32: 18732=18716+16=18716⋅18716 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

64: 18764=18732+32=18732⋅18732 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

18792

= 18764+16+8+4

= 18764⋅18716⋅1878⋅1874

1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
1 ⋅ 1 mod 269
1 mod 269

Es gilt also: 18792 ≡ 1 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 56

=>79 = 1⋅56 + 23
=>56 = 2⋅23 + 10
=>23 = 2⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,56)=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= 10-3⋅3
3= 23-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10)
= -3⋅23 +7⋅ 10 (=1)
10= 56-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +7⋅(56 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅56 -14⋅ 23)
= 7⋅56 -17⋅ 23 (=1)
23= 79-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅56 -17⋅(79 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -17⋅79 +17⋅ 56)
= -17⋅79 +24⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(79,56)=1 = -17⋅79 +24⋅56

oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅79 = +24⋅56

Es gilt also: 24⋅56 = 17⋅79 +1

Somit 24⋅56 = 1 mod 79

24 ist also das Inverse von 56 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.