Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6998 - 345) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6998 - 345) mod 7 ≡ (6998 mod 7 - 345 mod 7) mod 7.

6998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6998 = 7000-2 = 7 ⋅ 1000 -2 = 7 ⋅ 1000 - 7 + 5.

345 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 345 = 350-5 = 7 ⋅ 50 -5 = 7 ⋅ 50 - 7 + 2.

Somit gilt:

(6998 - 345) mod 7 ≡ (5 - 2) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 66) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 66) mod 3 ≡ (65 mod 3 ⋅ 66 mod 3) mod 3.

65 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 21 ⋅ 3 + 2 ist.

66 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 22 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 66) mod 3 ≡ (2 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22832 mod 461.

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. 228 -> x
2. mod(x²,461) -> 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: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 352 mod 461

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 356 mod 461

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 422 mod 461

16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 138 mod 461

32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 143 mod 461

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 288215 mod 373.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:

215 = 128+64+16+4+2+1

1: 2881=288

2: 2882=2881+1=2881⋅2881 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 138 mod 373

4: 2884=2882+2=2882⋅2882 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 21 mod 373

8: 2888=2884+4=2884⋅2884 ≡ 21⋅21=441 ≡ 68 mod 373

16: 28816=2888+8=2888⋅2888 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 148 mod 373

32: 28832=28816+16=28816⋅28816 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 270 mod 373

64: 28864=28832+32=28832⋅28832 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 165 mod 373

128: 288128=28864+64=28864⋅28864 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 369 mod 373

288215

= 288128+64+16+4+2+1

= 288128⋅28864⋅28816⋅2884⋅2882⋅2881

369 ⋅ 165 ⋅ 148 ⋅ 21 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373
60885 ⋅ 148 ⋅ 21 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373 ≡ 86 ⋅ 148 ⋅ 21 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373
12728 ⋅ 21 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373 ≡ 46 ⋅ 21 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373
966 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373 ≡ 220 ⋅ 138 ⋅ 288 mod 373
30360 ⋅ 288 mod 373 ≡ 147 ⋅ 288 mod 373
42336 mod 373 ≡ 187 mod 373

Es gilt also: 288215 ≡ 187 mod 373

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 39.

Also bestimme x, so dass 39 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 39

=>73 = 1⋅39 + 34
=>39 = 1⋅34 + 5
=>34 = 6⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,39)=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= 34-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(34 -6⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅34 +6⋅ 5)
= -1⋅34 +7⋅ 5 (=1)
5= 39-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅34 +7⋅(39 -1⋅ 34)
= -1⋅34 +7⋅39 -7⋅ 34)
= 7⋅39 -8⋅ 34 (=1)
34= 73-1⋅39 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅39 -8⋅(73 -1⋅ 39)
= 7⋅39 -8⋅73 +8⋅ 39)
= -8⋅73 +15⋅ 39 (=1)

Es gilt also: ggt(73,39)=1 = -8⋅73 +15⋅39

oder wenn man -8⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +8⋅73 = +15⋅39

Es gilt also: 15⋅39 = 8⋅73 +1

Somit 15⋅39 = 1 mod 73

15 ist also das Inverse von 39 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.