Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1802 + 175) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1802 + 175) mod 6 ≡ (1802 mod 6 + 175 mod 6) mod 6.

1802 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802 = 1800+2 = 6 ⋅ 300 +2.

175 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 175 = 180-5 = 6 ⋅ 30 -5 = 6 ⋅ 30 - 6 + 1.

Somit gilt:

(1802 + 175) mod 6 ≡ (2 + 1) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 98) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 98) mod 5 ≡ (57 mod 5 ⋅ 98 mod 5) mod 5.

57 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 11 ⋅ 5 + 2 ist.

98 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 95 + 3 = 19 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 98) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 458128 mod 479.

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. 458 -> x
2. mod(x²,479) -> 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 ≡ 441 mod 479

4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 441⋅441=194481 ≡ 7 mod 479

8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 479

16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 6 mod 479

32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 479

64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 338 mod 479

128: 458128=45864+64=45864⋅45864 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 242 mod 479

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 333143 mod 659.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:

143 = 128+8+4+2+1

1: 3331=333

2: 3332=3331+1=3331⋅3331 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 177 mod 659

4: 3334=3332+2=3332⋅3332 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 356 mod 659

8: 3338=3334+4=3334⋅3334 ≡ 356⋅356=126736 ≡ 208 mod 659

16: 33316=3338+8=3338⋅3338 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 429 mod 659

32: 33332=33316+16=33316⋅33316 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 180 mod 659

64: 33364=33332+32=33332⋅33332 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 109 mod 659

128: 333128=33364+64=33364⋅33364 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 19 mod 659

333143

= 333128+8+4+2+1

= 333128⋅3338⋅3334⋅3332⋅3331

19 ⋅ 208 ⋅ 356 ⋅ 177 ⋅ 333 mod 659
3952 ⋅ 356 ⋅ 177 ⋅ 333 mod 659 ≡ 657 ⋅ 356 ⋅ 177 ⋅ 333 mod 659
233892 ⋅ 177 ⋅ 333 mod 659 ≡ 606 ⋅ 177 ⋅ 333 mod 659
107262 ⋅ 333 mod 659 ≡ 504 ⋅ 333 mod 659
167832 mod 659 ≡ 446 mod 659

Es gilt also: 333143 ≡ 446 mod 659

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 47

=>53 = 1⋅47 + 6
=>47 = 7⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,47)=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= 6-1⋅5
5= 47-7⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(47 -7⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅47 +7⋅ 6)
= -1⋅47 +8⋅ 6 (=1)
6= 53-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +8⋅(53 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +8⋅53 -8⋅ 47)
= 8⋅53 -9⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(53,47)=1 = 8⋅53 -9⋅47

oder wenn man 8⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅53 = -9⋅47

-9⋅47 = -8⋅53 + 1 |+53⋅47

-9⋅47 + 53⋅47 = -8⋅53 + 53⋅47 + 1

(-9 + 53) ⋅ 47 = (-8 + 47) ⋅ 53 + 1

44⋅47 = 39⋅53 + 1

Es gilt also: 44⋅47 = 39⋅53 +1

Somit 44⋅47 = 1 mod 53

44 ist also das Inverse von 47 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.