Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1999 - 2505) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1999 - 2505) mod 5 ≡ (1999 mod 5 - 2505 mod 5) mod 5.

1999 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999 = 1900+99 = 5 ⋅ 380 +99.

2505 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2505 = 2500+5 = 5 ⋅ 500 +5.

Somit gilt:

(1999 - 2505) mod 5 ≡ (4 - 0) mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 25) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 25) mod 10 ≡ (35 mod 10 ⋅ 25 mod 10) mod 10.

35 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 30 + 5 = 3 ⋅ 10 + 5 ist.

25 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 20 + 5 = 2 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 25) mod 10 ≡ (5 ⋅ 5) mod 10 ≡ 25 mod 10 ≡ 5 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56932 mod 733.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 569 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 5691=569

2: 5692=5691+1=5691⋅5691 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 508 mod 733

4: 5694=5692+2=5692⋅5692 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 48 mod 733

8: 5698=5694+4=5694⋅5694 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 105 mod 733

16: 56916=5698+8=5698⋅5698 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 30 mod 733

32: 56932=56916+16=56916⋅56916 ≡ 30⋅30=900 ≡ 167 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 213189 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 189 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 189 an und zerlegen 189 in eine Summer von 2er-Potenzen:

189 = 128+32+16+8+4+1

1: 2131=213

2: 2132=2131+1=2131⋅2131 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 22 mod 331

4: 2134=2132+2=2132⋅2132 ≡ 22⋅22=484 ≡ 153 mod 331

8: 2138=2134+4=2134⋅2134 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 239 mod 331

16: 21316=2138+8=2138⋅2138 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 189 mod 331

32: 21332=21316+16=21316⋅21316 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 304 mod 331

64: 21364=21332+32=21332⋅21332 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 67 mod 331

128: 213128=21364+64=21364⋅21364 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 186 mod 331

213189

= 213128+32+16+8+4+1

= 213128⋅21332⋅21316⋅2138⋅2134⋅2131

186 ⋅ 304 ⋅ 189 ⋅ 239 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331
56544 ⋅ 189 ⋅ 239 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331 ≡ 274 ⋅ 189 ⋅ 239 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331
51786 ⋅ 239 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331 ≡ 150 ⋅ 239 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331
35850 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331 ≡ 102 ⋅ 153 ⋅ 213 mod 331
15606 ⋅ 213 mod 331 ≡ 49 ⋅ 213 mod 331
10437 mod 331 ≡ 176 mod 331

Es gilt also: 213189 ≡ 176 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 55

=>71 = 1⋅55 + 16
=>55 = 3⋅16 + 7
=>16 = 2⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,55)=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= 7-3⋅2
2= 16-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(16 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅16 +6⋅ 7)
= -3⋅16 +7⋅ 7 (=1)
7= 55-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅16 +7⋅(55 -3⋅ 16)
= -3⋅16 +7⋅55 -21⋅ 16)
= 7⋅55 -24⋅ 16 (=1)
16= 71-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅55 -24⋅(71 -1⋅ 55)
= 7⋅55 -24⋅71 +24⋅ 55)
= -24⋅71 +31⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(71,55)=1 = -24⋅71 +31⋅55

oder wenn man -24⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +24⋅71 = +31⋅55

Es gilt also: 31⋅55 = 24⋅71 +1

Somit 31⋅55 = 1 mod 71

31 ist also das Inverse von 55 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.