Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (792 - 152) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(792 - 152) mod 8 ≡ (792 mod 8 - 152 mod 8) mod 8.

792 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 792 = 800-8 = 8 ⋅ 100 -8 = 8 ⋅ 100 - 8 + 0.

152 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 152 = 160-8 = 8 ⋅ 20 -8 = 8 ⋅ 20 - 8 + 0.

Somit gilt:

(792 - 152) mod 8 ≡ (0 - 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 24) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 24) mod 5 ≡ (61 mod 5 ⋅ 24 mod 5) mod 5.

61 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 12 ⋅ 5 + 1 ist.

24 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 20 + 4 = 4 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 24) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 374128 mod 563.

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. 374 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 3741=374

2: 3742=3741+1=3741⋅3741 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 252 mod 563

4: 3744=3742+2=3742⋅3742 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 448 mod 563

8: 3748=3744+4=3744⋅3744 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 276 mod 563

16: 37416=3748+8=3748⋅3748 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 171 mod 563

32: 37432=37416+16=37416⋅37416 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 528 mod 563

64: 37464=37432+32=37432⋅37432 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 99 mod 563

128: 374128=37464+64=37464⋅37464 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 230 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 269227 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 2691=269

2: 2692=2691+1=2691⋅2691 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 6 mod 499

4: 2694=2692+2=2692⋅2692 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 499

8: 2698=2694+4=2694⋅2694 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 298 mod 499

16: 26916=2698+8=2698⋅2698 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 481 mod 499

32: 26932=26916+16=26916⋅26916 ≡ 481⋅481=231361 ≡ 324 mod 499

64: 26964=26932+32=26932⋅26932 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 186 mod 499

128: 269128=26964+64=26964⋅26964 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 165 mod 499

269227

= 269128+64+32+2+1

= 269128⋅26964⋅26932⋅2692⋅2691

165 ⋅ 186 ⋅ 324 ⋅ 6 ⋅ 269 mod 499
30690 ⋅ 324 ⋅ 6 ⋅ 269 mod 499 ≡ 251 ⋅ 324 ⋅ 6 ⋅ 269 mod 499
81324 ⋅ 6 ⋅ 269 mod 499 ≡ 486 ⋅ 6 ⋅ 269 mod 499
2916 ⋅ 269 mod 499 ≡ 421 ⋅ 269 mod 499
113249 mod 499 ≡ 475 mod 499

Es gilt also: 269227 ≡ 475 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 29

=>61 = 2⋅29 + 3
=>29 = 9⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,29)=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= 29-9⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(29 -9⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅29 +9⋅ 3)
= -1⋅29 +10⋅ 3 (=1)
3= 61-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅29 +10⋅(61 -2⋅ 29)
= -1⋅29 +10⋅61 -20⋅ 29)
= 10⋅61 -21⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(61,29)=1 = 10⋅61 -21⋅29

oder wenn man 10⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅61 = -21⋅29

-21⋅29 = -10⋅61 + 1 |+61⋅29

-21⋅29 + 61⋅29 = -10⋅61 + 61⋅29 + 1

(-21 + 61) ⋅ 29 = (-10 + 29) ⋅ 61 + 1

40⋅29 = 19⋅61 + 1

Es gilt also: 40⋅29 = 19⋅61 +1

Somit 40⋅29 = 1 mod 61

40 ist also das Inverse von 29 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.