Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (606 + 605) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(606 + 605) mod 6 ≡ (606 mod 6 + 605 mod 6) mod 6.

606 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 606 = 600+6 = 6 ⋅ 100 +6.

605 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 605 = 600+5 = 6 ⋅ 100 +5.

Somit gilt:

(606 + 605) mod 6 ≡ (0 + 5) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (78 ⋅ 80) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(78 ⋅ 80) mod 5 ≡ (78 mod 5 ⋅ 80 mod 5) mod 5.

78 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 75 + 3 = 15 ⋅ 5 + 3 ist.

80 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 16 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(78 ⋅ 80) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 45316 mod 653.

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. 453 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4531=453

2: 4532=4531+1=4531⋅4531 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 167 mod 653

4: 4534=4532+2=4532⋅4532 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 463 mod 653

8: 4538=4534+4=4534⋅4534 ≡ 463⋅463=214369 ≡ 185 mod 653

16: 45316=4538+8=4538⋅4538 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 269 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 497239 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 239 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 239 an und zerlegen 239 in eine Summer von 2er-Potenzen:

239 = 128+64+32+8+4+2+1

1: 4971=497

2: 4972=4971+1=4971⋅4971 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 109 mod 823

4: 4974=4972+2=4972⋅4972 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 359 mod 823

8: 4978=4974+4=4974⋅4974 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 493 mod 823

16: 49716=4978+8=4978⋅4978 ≡ 493⋅493=243049 ≡ 264 mod 823

32: 49732=49716+16=49716⋅49716 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 564 mod 823

64: 49764=49732+32=49732⋅49732 ≡ 564⋅564=318096 ≡ 418 mod 823

128: 497128=49764+64=49764⋅49764 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 248 mod 823

497239

= 497128+64+32+8+4+2+1

= 497128⋅49764⋅49732⋅4978⋅4974⋅4972⋅4971

248 ⋅ 418 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
103664 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 789 ⋅ 564 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
444996 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 576 ⋅ 493 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
283968 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 33 ⋅ 359 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
11847 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823 ≡ 325 ⋅ 109 ⋅ 497 mod 823
35425 ⋅ 497 mod 823 ≡ 36 ⋅ 497 mod 823
17892 mod 823 ≡ 609 mod 823

Es gilt also: 497239 ≡ 609 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 54

=>79 = 1⋅54 + 25
=>54 = 2⋅25 + 4
=>25 = 6⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,54)=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= 25-6⋅4
4= 54-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -6⋅(54 -2⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅54 +12⋅ 25)
= -6⋅54 +13⋅ 25 (=1)
25= 79-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅54 +13⋅(79 -1⋅ 54)
= -6⋅54 +13⋅79 -13⋅ 54)
= 13⋅79 -19⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(79,54)=1 = 13⋅79 -19⋅54

oder wenn man 13⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅79 = -19⋅54

-19⋅54 = -13⋅79 + 1 |+79⋅54

-19⋅54 + 79⋅54 = -13⋅79 + 79⋅54 + 1

(-19 + 79) ⋅ 54 = (-13 + 54) ⋅ 79 + 1

60⋅54 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 60⋅54 = 41⋅79 +1

Somit 60⋅54 = 1 mod 79

60 ist also das Inverse von 54 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.