Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34993 - 141) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34993 - 141) mod 7 ≡ (34993 mod 7 - 141 mod 7) mod 7.

34993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34993 = 35000-7 = 7 ⋅ 5000 -7 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 0.

141 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 141 = 140+1 = 7 ⋅ 20 +1.

Somit gilt:

(34993 - 141) mod 7 ≡ (0 - 1) mod 7 ≡ -1 mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 81) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 ⋅ 81) mod 7 ≡ (41 mod 7 ⋅ 81 mod 7) mod 7.

41 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 35 + 6 = 5 ⋅ 7 + 6 ist.

81 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 77 + 4 = 11 ⋅ 7 + 4 ist.

Somit gilt:

(41 ⋅ 81) mod 7 ≡ (6 ⋅ 4) mod 7 ≡ 24 mod 7 ≡ 3 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 334128 mod 727.

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. 334 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 3341=334

2: 3342=3341+1=3341⋅3341 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 325 mod 727

4: 3344=3342+2=3342⋅3342 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 210 mod 727

8: 3348=3344+4=3344⋅3344 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 480 mod 727

16: 33416=3348+8=3348⋅3348 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 668 mod 727

32: 33432=33416+16=33416⋅33416 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 573 mod 727

64: 33464=33432+32=33432⋅33432 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 452 mod 727

128: 334128=33464+64=33464⋅33464 ≡ 452⋅452=204304 ≡ 17 mod 727

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 406196 mod 797.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 196 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 196 an und zerlegen 196 in eine Summer von 2er-Potenzen:

196 = 128+64+4

1: 4061=406

2: 4062=4061+1=4061⋅4061 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 654 mod 797

4: 4064=4062+2=4062⋅4062 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 524 mod 797

8: 4068=4064+4=4064⋅4064 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 408 mod 797

16: 40616=4068+8=4068⋅4068 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 688 mod 797

32: 40632=40616+16=40616⋅40616 ≡ 688⋅688=473344 ≡ 723 mod 797

64: 40664=40632+32=40632⋅40632 ≡ 723⋅723=522729 ≡ 694 mod 797

128: 406128=40664+64=40664⋅40664 ≡ 694⋅694=481636 ≡ 248 mod 797

406196

= 406128+64+4

= 406128⋅40664⋅4064

248 ⋅ 694 ⋅ 524 mod 797
172112 ⋅ 524 mod 797 ≡ 757 ⋅ 524 mod 797
396668 mod 797 ≡ 559 mod 797

Es gilt also: 406196 ≡ 559 mod 797

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 48

=>59 = 1⋅48 + 11
=>48 = 4⋅11 + 4
=>11 = 2⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,48)=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= 4-1⋅3
3= 11-2⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(11 -2⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅11 +2⋅ 4)
= -1⋅11 +3⋅ 4 (=1)
4= 48-4⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +3⋅(48 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +3⋅48 -12⋅ 11)
= 3⋅48 -13⋅ 11 (=1)
11= 59-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅48 -13⋅(59 -1⋅ 48)
= 3⋅48 -13⋅59 +13⋅ 48)
= -13⋅59 +16⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(59,48)=1 = -13⋅59 +16⋅48

oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅59 = +16⋅48

Es gilt also: 16⋅48 = 13⋅59 +1

Somit 16⋅48 = 1 mod 59

16 ist also das Inverse von 48 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.