Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (355 + 700) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(355 + 700) mod 7 ≡ (355 mod 7 + 700 mod 7) mod 7.

355 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 355 = 350+5 = 7 ⋅ 50 +5.

700 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 700 = 700+0 = 7 ⋅ 100 +0.

Somit gilt:

(355 + 700) mod 7 ≡ (5 + 0) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 63) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 63) mod 5 ≡ (69 mod 5 ⋅ 63 mod 5) mod 5.

69 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 65 + 4 = 13 ⋅ 5 + 4 ist.

63 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 12 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 63) mod 5 ≡ (4 ⋅ 3) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 642128 mod 677.

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. 642 -> x
2. mod(x²,677) -> 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: 6421=642

2: 6422=6421+1=6421⋅6421 ≡ 642⋅642=412164 ≡ 548 mod 677

4: 6424=6422+2=6422⋅6422 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 393 mod 677

8: 6428=6424+4=6424⋅6424 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 93 mod 677

16: 64216=6428+8=6428⋅6428 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 525 mod 677

32: 64232=64216+16=64216⋅64216 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 86 mod 677

64: 64264=64232+32=64232⋅64232 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 626 mod 677

128: 642128=64264+64=64264⋅64264 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 570 mod 677

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19189 mod 227.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 89 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 89 an und zerlegen 89 in eine Summer von 2er-Potenzen:

89 = 64+16+8+1

1: 1911=191

2: 1912=1911+1=1911⋅1911 ≡ 191⋅191=36481 ≡ 161 mod 227

4: 1914=1912+2=1912⋅1912 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 43 mod 227

8: 1918=1914+4=1914⋅1914 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 33 mod 227

16: 19116=1918+8=1918⋅1918 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 181 mod 227

32: 19132=19116+16=19116⋅19116 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 73 mod 227

64: 19164=19132+32=19132⋅19132 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 108 mod 227

19189

= 19164+16+8+1

= 19164⋅19116⋅1918⋅1911

108 ⋅ 181 ⋅ 33 ⋅ 191 mod 227
19548 ⋅ 33 ⋅ 191 mod 227 ≡ 26 ⋅ 33 ⋅ 191 mod 227
858 ⋅ 191 mod 227 ≡ 177 ⋅ 191 mod 227
33807 mod 227 ≡ 211 mod 227

Es gilt also: 19189 ≡ 211 mod 227

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 32

=>83 = 2⋅32 + 19
=>32 = 1⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,32)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 32-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(32 -1⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅32 -3⋅ 19)
= 3⋅32 -5⋅ 19 (=1)
19= 83-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅32 -5⋅(83 -2⋅ 32)
= 3⋅32 -5⋅83 +10⋅ 32)
= -5⋅83 +13⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(83,32)=1 = -5⋅83 +13⋅32

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +13⋅32

Es gilt also: 13⋅32 = 5⋅83 +1

Somit 13⋅32 = 1 mod 83

13 ist also das Inverse von 32 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.