Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7998 - 20000) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7998 - 20000) mod 4 ≡ (7998 mod 4 - 20000 mod 4) mod 4.

7998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998 = 7000+998 = 4 ⋅ 1750 +998.

20000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20000 = 20000+0 = 4 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(7998 - 20000) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 58) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(77 ⋅ 58) mod 6 ≡ (77 mod 6 ⋅ 58 mod 6) mod 6.

77 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 72 + 5 = 12 ⋅ 6 + 5 ist.

58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 9 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(77 ⋅ 58) mod 6 ≡ (5 ⋅ 4) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 17264 mod 353.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 172 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 1721=172

2: 1722=1721+1=1721⋅1721 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 285 mod 353

4: 1724=1722+2=1722⋅1722 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 35 mod 353

8: 1728=1724+4=1724⋅1724 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 166 mod 353

16: 17216=1728+8=1728⋅1728 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 22 mod 353

32: 17232=17216+16=17216⋅17216 ≡ 22⋅22=484 ≡ 131 mod 353

64: 17264=17232+32=17232⋅17232 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 350182 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:

182 = 128+32+16+4+2

1: 3501=350

2: 3502=3501+1=3501⋅3501 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 86 mod 631

4: 3504=3502+2=3502⋅3502 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 455 mod 631

8: 3508=3504+4=3504⋅3504 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 57 mod 631

16: 35016=3508+8=3508⋅3508 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 94 mod 631

32: 35032=35016+16=35016⋅35016 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 2 mod 631

64: 35064=35032+32=35032⋅35032 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 631

128: 350128=35064+64=35064⋅35064 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 631

350182

= 350128+32+16+4+2

= 350128⋅35032⋅35016⋅3504⋅3502

≡ 16 ⋅ 2 ⋅ 94 ⋅ 455 ⋅ 86 mod 631
≡ 32 ⋅ 94 ⋅ 455 ⋅ 86 mod 631
≡ 3008 ⋅ 455 ⋅ 86 mod 631 ≡ 484 ⋅ 455 ⋅ 86 mod 631
≡ 220220 ⋅ 86 mod 631 ≡ 1 ⋅ 86 mod 631
≡ 86 mod 631

Es gilt also: 350182 ≡ 86 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 26.

Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 26

=>73 = 2⋅26 + 21
=>26 = 1⋅21 + 5
=>21 = 4⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,26)=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= 21-4⋅5
5= 26-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21)
= -4⋅26 +5⋅ 21 (=1)
21= 73-2⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅26 +5⋅(73 -2⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅73 -10⋅ 26)
= 5⋅73 -14⋅ 26 (=1)

Es gilt also: ggt(73,26)=1 = 5⋅73 -14⋅26

oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅73 = -14⋅26

-14⋅26 = -5⋅73 + 1 |+73⋅26

-14⋅26 + 73⋅26 = -5⋅73 + 73⋅26 + 1

(-14 + 73) ⋅ 26 = (-5 + 26) ⋅ 73 + 1

59⋅26 = 21⋅73 + 1

Es gilt also: 59⋅26 = 21⋅73 +1

Somit 59⋅26 = 1 mod 73

59 ist also das Inverse von 26 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.