Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1397 + 28000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1397 + 28000) mod 7 ≡ (1397 mod 7 + 28000 mod 7) mod 7.

1397 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1397 = 1400-3 = 7 ⋅ 200 -3 = 7 ⋅ 200 - 7 + 4.

28000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28000 = 28000+0 = 7 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(1397 + 28000) mod 7 ≡ (4 + 0) mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 68) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 68) mod 4 ≡ (74 mod 4 ⋅ 68 mod 4) mod 4.

74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.

68 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 68 + 0 = 17 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 68) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34616 mod 499.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 346 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3461=346

2: 3462=3461+1=3461⋅3461 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 455 mod 499

4: 3464=3462+2=3462⋅3462 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 439 mod 499

8: 3468=3464+4=3464⋅3464 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 107 mod 499

16: 34616=3468+8=3468⋅3468 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 471 mod 499

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 156123 mod 211.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:

123 = 64+32+16+8+2+1

1: 1561=156

2: 1562=1561+1=1561⋅1561 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 71 mod 211

4: 1564=1562+2=1562⋅1562 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 188 mod 211

8: 1568=1564+4=1564⋅1564 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 107 mod 211

16: 15616=1568+8=1568⋅1568 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 55 mod 211

32: 15632=15616+16=15616⋅15616 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 71 mod 211

64: 15664=15632+32=15632⋅15632 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 188 mod 211

156123

= 15664+32+16+8+2+1

= 15664⋅15632⋅15616⋅1568⋅1562⋅1561

188 ⋅ 71 ⋅ 55 ⋅ 107 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211
13348 ⋅ 55 ⋅ 107 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211 ≡ 55 ⋅ 55 ⋅ 107 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211
3025 ⋅ 107 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211 ≡ 71 ⋅ 107 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211
7597 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211 ≡ 1 ⋅ 71 ⋅ 156 mod 211
71 ⋅ 156 mod 211
11076 mod 211 ≡ 104 mod 211

Es gilt also: 156123 ≡ 104 mod 211

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.