Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11997 + 30002) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11997 + 30002) mod 6 ≡ (11997 mod 6 + 30002 mod 6) mod 6.

11997 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 12000-3 = 6 ⋅ 2000 -3 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 3.

30002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30002 = 30000+2 = 6 ⋅ 5000 +2.

Somit gilt:

(11997 + 30002) mod 6 ≡ (3 + 2) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 56) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 56) mod 7 ≡ (48 mod 7 ⋅ 56 mod 7) mod 7.

48 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 42 + 6 = 6 ⋅ 7 + 6 ist.

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

Somit gilt:

(48 ⋅ 56) mod 7 ≡ (6 ⋅ 0) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 283128 mod 593.

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. 283 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 2831=283

2: 2832=2831+1=2831⋅2831 ≡ 283⋅283=80089 ≡ 34 mod 593

4: 2834=2832+2=2832⋅2832 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 563 mod 593

8: 2838=2834+4=2834⋅2834 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 307 mod 593

16: 28316=2838+8=2838⋅2838 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 555 mod 593

32: 28332=28316+16=28316⋅28316 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 258 mod 593

64: 28364=28332+32=28332⋅28332 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 148 mod 593

128: 283128=28364+64=28364⋅28364 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 556 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 301158 mod 641.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 158 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 158 an und zerlegen 158 in eine Summer von 2er-Potenzen:

158 = 128+16+8+4+2

1: 3011=301

2: 3012=3011+1=3011⋅3011 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 220 mod 641

4: 3014=3012+2=3012⋅3012 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 325 mod 641

8: 3018=3014+4=3014⋅3014 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 501 mod 641

16: 30116=3018+8=3018⋅3018 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 370 mod 641

32: 30132=30116+16=30116⋅30116 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 367 mod 641

64: 30164=30132+32=30132⋅30132 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 79 mod 641

128: 301128=30164+64=30164⋅30164 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 472 mod 641

301158

= 301128+16+8+4+2

= 301128⋅30116⋅3018⋅3014⋅3012

472 ⋅ 370 ⋅ 501 ⋅ 325 ⋅ 220 mod 641
174640 ⋅ 501 ⋅ 325 ⋅ 220 mod 641 ≡ 288 ⋅ 501 ⋅ 325 ⋅ 220 mod 641
144288 ⋅ 325 ⋅ 220 mod 641 ≡ 63 ⋅ 325 ⋅ 220 mod 641
20475 ⋅ 220 mod 641 ≡ 604 ⋅ 220 mod 641
132880 mod 641 ≡ 193 mod 641

Es gilt also: 301158 ≡ 193 mod 641

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 28

=>61 = 2⋅28 + 5
=>28 = 5⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,28)=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= 28-5⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(28 -5⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅28 -10⋅ 5)
= 2⋅28 -11⋅ 5 (=1)
5= 61-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅28 -11⋅(61 -2⋅ 28)
= 2⋅28 -11⋅61 +22⋅ 28)
= -11⋅61 +24⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(61,28)=1 = -11⋅61 +24⋅28

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

1 +11⋅61 = +24⋅28

Es gilt also: 24⋅28 = 11⋅61 +1

Somit 24⋅28 = 1 mod 61

24 ist also das Inverse von 28 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.