Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (212 + 21002) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(212 + 21002) mod 7 ≡ (212 mod 7 + 21002 mod 7) mod 7.

212 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 212 = 210+2 = 7 ⋅ 30 +2.

21002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21002 = 21000+2 = 7 ⋅ 3000 +2.

Somit gilt:

(212 + 21002) mod 7 ≡ (2 + 2) mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 56) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 56) mod 8 ≡ (63 mod 8 ⋅ 56 mod 8) mod 8.

63 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 56 + 7 = 7 ⋅ 8 + 7 ist.

56 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 56 + 0 = 7 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 56) mod 8 ≡ (7 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 270128 mod 733.

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. 270 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 2701=270

2: 2702=2701+1=2701⋅2701 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 333 mod 733

4: 2704=2702+2=2702⋅2702 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 206 mod 733

8: 2708=2704+4=2704⋅2704 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 655 mod 733

16: 27016=2708+8=2708⋅2708 ≡ 655⋅655=429025 ≡ 220 mod 733

32: 27032=27016+16=27016⋅27016 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 22 mod 733

64: 27064=27032+32=27032⋅27032 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 733

128: 270128=27064+64=27064⋅27064 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 429 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 680134 mod 809.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 134 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 134 an und zerlegen 134 in eine Summer von 2er-Potenzen:

134 = 128+4+2

1: 6801=680

2: 6802=6801+1=6801⋅6801 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 461 mod 809

4: 6804=6802+2=6802⋅6802 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 563 mod 809

8: 6808=6804+4=6804⋅6804 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 650 mod 809

16: 68016=6808+8=6808⋅6808 ≡ 650⋅650=422500 ≡ 202 mod 809

32: 68032=68016+16=68016⋅68016 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 354 mod 809

64: 68064=68032+32=68032⋅68032 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 730 mod 809

128: 680128=68064+64=68064⋅68064 ≡ 730⋅730=532900 ≡ 578 mod 809

680134

= 680128+4+2

= 680128⋅6804⋅6802

≡ 578 ⋅ 563 ⋅ 461 mod 809
≡ 325414 ⋅ 461 mod 809 ≡ 196 ⋅ 461 mod 809
≡ 90356 mod 809 ≡ 557 mod 809

Es gilt also: 680134 ≡ 557 mod 809

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 50

=>59 = 1⋅50 + 9
=>50 = 5⋅9 + 5
=>9 = 1⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,50)=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= 5-1⋅4
4= 9-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(9 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅9 +1⋅ 5)
= -1⋅9 +2⋅ 5 (=1)
5= 50-5⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅9 +2⋅(50 -5⋅ 9)
= -1⋅9 +2⋅50 -10⋅ 9)
= 2⋅50 -11⋅ 9 (=1)
9= 59-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅50 -11⋅(59 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -11⋅59 +11⋅ 50)
= -11⋅59 +13⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(59,50)=1 = -11⋅59 +13⋅50

oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅59 = +13⋅50

Es gilt also: 13⋅50 = 11⋅59 +1

Somit 13⋅50 = 1 mod 59

13 ist also das Inverse von 50 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.