Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (404 + 20000) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(404 + 20000) mod 4 ≡ (404 mod 4 + 20000 mod 4) mod 4.

404 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 404 = 400+4 = 4 ⋅ 100 +4.

20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000 = 20000+0 = 4 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(404 + 20000) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 52) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 52) mod 8 ≡ (46 mod 8 ⋅ 52 mod 8) mod 8.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

52 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 48 + 4 = 6 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 52) mod 8 ≡ (6 ⋅ 4) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56316 mod 797.

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. 563 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 5631=563

2: 5632=5631+1=5631⋅5631 ≡ 563⋅563=316969 ≡ 560 mod 797

4: 5634=5632+2=5632⋅5632 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 379 mod 797

8: 5638=5634+4=5634⋅5634 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 181 mod 797

16: 56316=5638+8=5638⋅5638 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 84 mod 797

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 716159 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:

159 = 128+16+8+4+2+1

1: 7161=716

2: 7162=7161+1=7161⋅7161 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 167 mod 757

4: 7164=7162+2=7162⋅7162 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 637 mod 757

8: 7168=7164+4=7164⋅7164 ≡ 637⋅637=405769 ≡ 17 mod 757

16: 71616=7168+8=7168⋅7168 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 757

32: 71632=71616+16=71616⋅71616 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 251 mod 757

64: 71664=71632+32=71632⋅71632 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 170 mod 757

128: 716128=71664+64=71664⋅71664 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 134 mod 757

716159

= 716128+16+8+4+2+1

= 716128⋅71616⋅7168⋅7164⋅7162⋅7161

≡ 134 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 38726 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 119 ⋅ 17 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 2023 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 509 ⋅ 637 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 324233 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757 ≡ 237 ⋅ 167 ⋅ 716 mod 757
≡ 39579 ⋅ 716 mod 757 ≡ 215 ⋅ 716 mod 757
≡ 153940 mod 757 ≡ 269 mod 757

Es gilt also: 716159 ≡ 269 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 69

=>97 = 1⋅69 + 28
=>69 = 2⋅28 + 13
=>28 = 2⋅13 + 2
=>13 = 6⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,69)=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= 13-6⋅2
2= 28-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -6⋅(28 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅28 +12⋅ 13)
= -6⋅28 +13⋅ 13 (=1)
13= 69-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅28 +13⋅(69 -2⋅ 28)
= -6⋅28 +13⋅69 -26⋅ 28)
= 13⋅69 -32⋅ 28 (=1)
28= 97-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅69 -32⋅(97 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -32⋅97 +32⋅ 69)
= -32⋅97 +45⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(97,69)=1 = -32⋅97 +45⋅69

oder wenn man -32⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +32⋅97 = +45⋅69

Es gilt also: 45⋅69 = 32⋅97 +1

Somit 45⋅69 = 1 mod 97

45 ist also das Inverse von 69 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.