Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (246 - 1504) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(246 - 1504) mod 5 ≡ (246 mod 5 - 1504 mod 5) mod 5.

246 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246 = 240+6 = 5 ⋅ 48 +6.

1504 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1504 = 1500+4 = 5 ⋅ 300 +4.

Somit gilt:

(246 - 1504) mod 5 ≡ (1 - 4) mod 5 ≡ -3 mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 58) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 58) mod 4 ≡ (69 mod 4 ⋅ 58 mod 4) mod 4.

69 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 68 + 1 = 17 ⋅ 4 + 1 ist.

58 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 14 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 58) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48216 mod 523.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 482 -> x
2. mod(x²,523) -> 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: 4821=482

2: 4822=4821+1=4821⋅4821 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 112 mod 523

4: 4824=4822+2=4822⋅4822 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 515 mod 523

8: 4828=4824+4=4824⋅4824 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 64 mod 523

16: 48216=4828+8=4828⋅4828 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 435 mod 523

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 280253 mod 719.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 253 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 253 an und zerlegen 253 in eine Summer von 2er-Potenzen:

253 = 128+64+32+16+8+4+1

1: 2801=280

2: 2802=2801+1=2801⋅2801 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 29 mod 719

4: 2804=2802+2=2802⋅2802 ≡ 29⋅29=841 ≡ 122 mod 719

8: 2808=2804+4=2804⋅2804 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 504 mod 719

16: 28016=2808+8=2808⋅2808 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 209 mod 719

32: 28032=28016+16=28016⋅28016 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 541 mod 719

64: 28064=28032+32=28032⋅28032 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 48 mod 719

128: 280128=28064+64=28064⋅28064 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 147 mod 719

280253

= 280128+64+32+16+8+4+1

= 280128⋅28064⋅28032⋅28016⋅2808⋅2804⋅2801

147 ⋅ 48 ⋅ 541 ⋅ 209 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719
7056 ⋅ 541 ⋅ 209 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719 ≡ 585 ⋅ 541 ⋅ 209 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719
316485 ⋅ 209 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719 ≡ 125 ⋅ 209 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719
26125 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719 ≡ 241 ⋅ 504 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719
121464 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719 ≡ 672 ⋅ 122 ⋅ 280 mod 719
81984 ⋅ 280 mod 719 ≡ 18 ⋅ 280 mod 719
5040 mod 719 ≡ 7 mod 719

Es gilt also: 280253 ≡ 7 mod 719

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 25

=>73 = 2⋅25 + 23
=>25 = 1⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,25)=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= 23-11⋅2
2= 25-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23)
= -11⋅25 +12⋅ 23 (=1)
23= 73-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅25 +12⋅(73 -2⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅73 -24⋅ 25)
= 12⋅73 -35⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(73,25)=1 = 12⋅73 -35⋅25

oder wenn man 12⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -12⋅73 = -35⋅25

-35⋅25 = -12⋅73 + 1 |+73⋅25

-35⋅25 + 73⋅25 = -12⋅73 + 73⋅25 + 1

(-35 + 73) ⋅ 25 = (-12 + 25) ⋅ 73 + 1

38⋅25 = 13⋅73 + 1

Es gilt also: 38⋅25 = 13⋅73 +1

Somit 38⋅25 = 1 mod 73

38 ist also das Inverse von 25 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.