Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (10004 + 251) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(10004 + 251) mod 5 ≡ (10004 mod 5 + 251 mod 5) mod 5.

10004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10004 = 10000+4 = 5 ⋅ 2000 +4.

251 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 251 = 250+1 = 5 ⋅ 50 +1.

Somit gilt:

(10004 + 251) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 ⋅ 69) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 ⋅ 69) mod 3 ≡ (61 mod 3 ⋅ 69 mod 3) mod 3.

61 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60 + 1 = 20 ⋅ 3 + 1 ist.

69 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 69 + 0 = 23 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(61 ⋅ 69) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 184128 mod 283.

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. 184 -> x
2. mod(x²,283) -> 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: 1841=184

2: 1842=1841+1=1841⋅1841 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 179 mod 283

4: 1844=1842+2=1842⋅1842 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 62 mod 283

8: 1848=1844+4=1844⋅1844 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 165 mod 283

16: 18416=1848+8=1848⋅1848 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 57 mod 283

32: 18432=18416+16=18416⋅18416 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 136 mod 283

64: 18464=18432+32=18432⋅18432 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 101 mod 283

128: 184128=18464+64=18464⋅18464 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 13 mod 283

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 205234 mod 349.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 2051=205

2: 2052=2051+1=2051⋅2051 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 145 mod 349

4: 2054=2052+2=2052⋅2052 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 85 mod 349

8: 2058=2054+4=2054⋅2054 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 245 mod 349

16: 20516=2058+8=2058⋅2058 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 346 mod 349

32: 20532=20516+16=20516⋅20516 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 9 mod 349

64: 20564=20532+32=20532⋅20532 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 349

128: 205128=20564+64=20564⋅20564 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 279 mod 349

205234

= 205128+64+32+8+2

= 205128⋅20564⋅20532⋅2058⋅2052

≡ 279 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 245 ⋅ 145 mod 349
≡ 22599 ⋅ 9 ⋅ 245 ⋅ 145 mod 349 ≡ 263 ⋅ 9 ⋅ 245 ⋅ 145 mod 349
≡ 2367 ⋅ 245 ⋅ 145 mod 349 ≡ 273 ⋅ 245 ⋅ 145 mod 349
≡ 66885 ⋅ 145 mod 349 ≡ 226 ⋅ 145 mod 349
≡ 32770 mod 349 ≡ 313 mod 349

Es gilt also: 205234 ≡ 313 mod 349

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 18.

Also bestimme x, so dass 18 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 18

=>59 = 3⋅18 + 5
=>18 = 3⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,18)=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= 18-3⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(18 -3⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅18 -6⋅ 5)
= 2⋅18 -7⋅ 5 (=1)
5= 59-3⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅18 -7⋅(59 -3⋅ 18)
= 2⋅18 -7⋅59 +21⋅ 18)
= -7⋅59 +23⋅ 18 (=1)

Es gilt also: ggt(59,18)=1 = -7⋅59 +23⋅18

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +23⋅18

Es gilt also: 23⋅18 = 7⋅59 +1

Somit 23⋅18 = 1 mod 59

23 ist also das Inverse von 18 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.