Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17998 + 239) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17998 + 239) mod 6 ≡ (17998 mod 6 + 239 mod 6) mod 6.

17998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17998 = 18000-2 = 6 ⋅ 3000 -2 = 6 ⋅ 3000 - 6 + 4.

239 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 239 = 240-1 = 6 ⋅ 40 -1 = 6 ⋅ 40 - 6 + 5.

Somit gilt:

(17998 + 239) mod 6 ≡ (4 + 5) mod 6 ≡ 9 mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 33) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 33) mod 5 ≡ (96 mod 5 ⋅ 33 mod 5) mod 5.

96 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 95 + 1 = 19 ⋅ 5 + 1 ist.

33 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 6 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 33) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 4618 mod 941.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 461 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 4611=461

2: 4612=4611+1=4611⋅4611 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 796 mod 941

4: 4614=4612+2=4612⋅4612 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 323 mod 941

8: 4618=4614+4=4614⋅4614 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 819 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 568115 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 5681=568

2: 5682=5681+1=5681⋅5681 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 481 mod 643

4: 5684=5682+2=5682⋅5682 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 524 mod 643

8: 5688=5684+4=5684⋅5684 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 15 mod 643

16: 56816=5688+8=5688⋅5688 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 643

32: 56832=56816+16=56816⋅56816 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 471 mod 643

64: 56864=56832+32=56832⋅56832 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 6 mod 643

568115

= 56864+32+16+2+1

= 56864⋅56832⋅56816⋅5682⋅5681

6 ⋅ 471 ⋅ 225 ⋅ 481 ⋅ 568 mod 643
2826 ⋅ 225 ⋅ 481 ⋅ 568 mod 643 ≡ 254 ⋅ 225 ⋅ 481 ⋅ 568 mod 643
57150 ⋅ 481 ⋅ 568 mod 643 ≡ 566 ⋅ 481 ⋅ 568 mod 643
272246 ⋅ 568 mod 643 ≡ 257 ⋅ 568 mod 643
145976 mod 643 ≡ 15 mod 643

Es gilt also: 568115 ≡ 15 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 33

=>71 = 2⋅33 + 5
=>33 = 6⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,33)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 33-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(33 -6⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅33 -12⋅ 5)
= 2⋅33 -13⋅ 5 (=1)
5= 71-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅33 -13⋅(71 -2⋅ 33)
= 2⋅33 -13⋅71 +26⋅ 33)
= -13⋅71 +28⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(71,33)=1 = -13⋅71 +28⋅33

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +28⋅33

Es gilt also: 28⋅33 = 13⋅71 +1

Somit 28⋅33 = 1 mod 71

28 ist also das Inverse von 33 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.