Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (594 - 2395) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(594 - 2395) mod 6 ≡ (594 mod 6 - 2395 mod 6) mod 6.

594 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 594 = 600-6 = 6 ⋅ 100 -6 = 6 ⋅ 100 - 6 + 0.

2395 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2395 = 2400-5 = 6 ⋅ 400 -5 = 6 ⋅ 400 - 6 + 1.

Somit gilt:

(594 - 2395) mod 6 ≡ (0 - 1) mod 6 ≡ -1 mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 17) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 17) mod 7 ≡ (96 mod 7 ⋅ 17 mod 7) mod 7.

96 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 91 + 5 = 13 ⋅ 7 + 5 ist.

17 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 14 + 3 = 2 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 17) mod 7 ≡ (5 ⋅ 3) mod 7 ≡ 15 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 225128 mod 283.

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. 225 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 2251=225

2: 2252=2251+1=2251⋅2251 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 251 mod 283

4: 2254=2252+2=2252⋅2252 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 175 mod 283

8: 2258=2254+4=2254⋅2254 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 61 mod 283

16: 22516=2258+8=2258⋅2258 ≡ 61⋅61=3721 ≡ 42 mod 283

32: 22532=22516+16=22516⋅22516 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 66 mod 283

64: 22564=22532+32=22532⋅22532 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 111 mod 283

128: 225128=22564+64=22564⋅22564 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 152 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 387122 mod 487.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:

122 = 64+32+16+8+2

1: 3871=387

2: 3872=3871+1=3871⋅3871 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 260 mod 487

4: 3874=3872+2=3872⋅3872 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 394 mod 487

8: 3878=3874+4=3874⋅3874 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 370 mod 487

16: 38716=3878+8=3878⋅3878 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 53 mod 487

32: 38732=38716+16=38716⋅38716 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 374 mod 487

64: 38764=38732+32=38732⋅38732 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 107 mod 487

387122

= 38764+32+16+8+2

= 38764⋅38732⋅38716⋅3878⋅3872

107 ⋅ 374 ⋅ 53 ⋅ 370 ⋅ 260 mod 487
40018 ⋅ 53 ⋅ 370 ⋅ 260 mod 487 ≡ 84 ⋅ 53 ⋅ 370 ⋅ 260 mod 487
4452 ⋅ 370 ⋅ 260 mod 487 ≡ 69 ⋅ 370 ⋅ 260 mod 487
25530 ⋅ 260 mod 487 ≡ 206 ⋅ 260 mod 487
53560 mod 487 ≡ 477 mod 487

Es gilt also: 387122 ≡ 477 mod 487

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 = 89 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.