Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 + 25001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 + 25001) mod 5 ≡ (98 mod 5 + 25001 mod 5) mod 5.

98 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 90+8 = 5 ⋅ 18 +8.

25001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25001 = 25000+1 = 5 ⋅ 5000 +1.

Somit gilt:

(98 + 25001) mod 5 ≡ (3 + 1) mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 39) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(22 ⋅ 39) mod 3 ≡ (22 mod 3 ⋅ 39 mod 3) mod 3.

22 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 21 + 1 = 7 ⋅ 3 + 1 ist.

39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(22 ⋅ 39) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 45864 mod 971.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 458 -> x
2. mod(x²,971) -> 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: 4581=458

2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 28 mod 971

4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 28⋅28=784 ≡ 784 mod 971

8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 784⋅784=614656 ≡ 13 mod 971

16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 971

32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 402 mod 971

64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 418 mod 971

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 318254 mod 683.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:

254 = 128+64+32+16+8+4+2

1: 3181=318

2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 40 mod 683

4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 234 mod 683

8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 116 mod 683

16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 479 mod 683

32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 479⋅479=229441 ≡ 636 mod 683

64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 160 mod 683

128: 318128=31864+64=31864⋅31864 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 329 mod 683

318254

= 318128+64+32+16+8+4+2

= 318128⋅31864⋅31832⋅31816⋅3188⋅3184⋅3182

329 ⋅ 160 ⋅ 636 ⋅ 479 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683
52640 ⋅ 636 ⋅ 479 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683 ≡ 49 ⋅ 636 ⋅ 479 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683
31164 ⋅ 479 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683 ≡ 429 ⋅ 479 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683
205491 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683 ≡ 591 ⋅ 116 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683
68556 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683 ≡ 256 ⋅ 234 ⋅ 40 mod 683
59904 ⋅ 40 mod 683 ≡ 483 ⋅ 40 mod 683
19320 mod 683 ≡ 196 mod 683

Es gilt also: 318254 ≡ 196 mod 683

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 24

=>61 = 2⋅24 + 13
=>24 = 1⋅13 + 11
=>13 = 1⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,24)=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= 11-5⋅2
2= 13-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(13 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅13 +5⋅ 11)
= -5⋅13 +6⋅ 11 (=1)
11= 24-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅13 +6⋅(24 -1⋅ 13)
= -5⋅13 +6⋅24 -6⋅ 13)
= 6⋅24 -11⋅ 13 (=1)
13= 61-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅24 -11⋅(61 -2⋅ 24)
= 6⋅24 -11⋅61 +22⋅ 24)
= -11⋅61 +28⋅ 24 (=1)

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

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

1 +11⋅61 = +28⋅24

Es gilt also: 28⋅24 = 11⋅61 +1

Somit 28⋅24 = 1 mod 61

28 ist also das Inverse von 24 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.