Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (328 - 3200) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(328 - 3200) mod 8 ≡ (328 mod 8 - 3200 mod 8) mod 8.

328 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 328 = 320+8 = 8 ⋅ 40 +8.

3200 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3200 = 3200+0 = 8 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(328 - 3200) mod 8 ≡ (0 - 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 36) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 36) mod 5 ≡ (66 mod 5 ⋅ 36 mod 5) mod 5.

66 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 65 + 1 = 13 ⋅ 5 + 1 ist.

36 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 7 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 36) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31932 mod 617.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 319 -> x
2. mod(x²,617) -> 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: 3191=319

2: 3192=3191+1=3191⋅3191 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 573 mod 617

4: 3194=3192+2=3192⋅3192 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 85 mod 617

8: 3198=3194+4=3194⋅3194 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 438 mod 617

16: 31916=3198+8=3198⋅3198 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 574 mod 617

32: 31932=31916+16=31916⋅31916 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 615 mod 617

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 337245 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 3371=337

2: 3372=3371+1=3371⋅3371 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 512 mod 521

4: 3374=3372+2=3372⋅3372 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 81 mod 521

8: 3378=3374+4=3374⋅3374 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 309 mod 521

16: 33716=3378+8=3378⋅3378 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 138 mod 521

32: 33732=33716+16=33716⋅33716 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 288 mod 521

64: 33764=33732+32=33732⋅33732 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 105 mod 521

128: 337128=33764+64=33764⋅33764 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 84 mod 521

337245

= 337128+64+32+16+4+1

= 337128⋅33764⋅33732⋅33716⋅3374⋅3371

84 ⋅ 105 ⋅ 288 ⋅ 138 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521
8820 ⋅ 288 ⋅ 138 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521 ≡ 484 ⋅ 288 ⋅ 138 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521
139392 ⋅ 138 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521 ≡ 285 ⋅ 138 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521
39330 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521 ≡ 255 ⋅ 81 ⋅ 337 mod 521
20655 ⋅ 337 mod 521 ≡ 336 ⋅ 337 mod 521
113232 mod 521 ≡ 175 mod 521

Es gilt also: 337245 ≡ 175 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 29

=>53 = 1⋅29 + 24
=>29 = 1⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,29)=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= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 29-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(29 -1⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅29 -5⋅ 24)
= 5⋅29 -6⋅ 24 (=1)
24= 53-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅29 -6⋅(53 -1⋅ 29)
= 5⋅29 -6⋅53 +6⋅ 29)
= -6⋅53 +11⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(53,29)=1 = -6⋅53 +11⋅29

oder wenn man -6⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +6⋅53 = +11⋅29

Es gilt also: 11⋅29 = 6⋅53 +1

Somit 11⋅29 = 1 mod 53

11 ist also das Inverse von 29 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.