Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5994 + 23996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5994 + 23996) mod 6 ≡ (5994 mod 6 + 23996 mod 6) mod 6.

5994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5994 = 6000-6 = 6 ⋅ 1000 -6 = 6 ⋅ 1000 - 6 + 0.

23996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996 = 24000-4 = 6 ⋅ 4000 -4 = 6 ⋅ 4000 - 6 + 2.

Somit gilt:

(5994 + 23996) mod 6 ≡ (0 + 2) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (62 ⋅ 82) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(62 ⋅ 82) mod 9 ≡ (62 mod 9 ⋅ 82 mod 9) mod 9.

62 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 54 + 8 = 6 ⋅ 9 + 8 ist.

82 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 81 + 1 = 9 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(62 ⋅ 82) mod 9 ≡ (8 ⋅ 1) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55464 mod 797.

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. 554 -> x
2. mod(x²,797) -> 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: 5541=554

2: 5542=5541+1=5541⋅5541 ≡ 554⋅554=306916 ≡ 71 mod 797

4: 5544=5542+2=5542⋅5542 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 259 mod 797

8: 5548=5544+4=5544⋅5544 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 133 mod 797

16: 55416=5548+8=5548⋅5548 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 155 mod 797

32: 55432=55416+16=55416⋅55416 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 115 mod 797

64: 55464=55432+32=55432⋅55432 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 473 mod 797

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 33679 mod 457.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 79 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 79 an und zerlegen 79 in eine Summer von 2er-Potenzen:

79 = 64+8+4+2+1

1: 3361=336

2: 3362=3361+1=3361⋅3361 ≡ 336⋅336=112896 ≡ 17 mod 457

4: 3364=3362+2=3362⋅3362 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 457

8: 3368=3364+4=3364⋅3364 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 347 mod 457

16: 33616=3368+8=3368⋅3368 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 218 mod 457

32: 33632=33616+16=33616⋅33616 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 453 mod 457

64: 33664=33632+32=33632⋅33632 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 16 mod 457

33679

= 33664+8+4+2+1

= 33664⋅3368⋅3364⋅3362⋅3361

16 ⋅ 347 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 336 mod 457
5552 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 336 mod 457 ≡ 68 ⋅ 289 ⋅ 17 ⋅ 336 mod 457
19652 ⋅ 17 ⋅ 336 mod 457 ≡ 1 ⋅ 17 ⋅ 336 mod 457
17 ⋅ 336 mod 457
5712 mod 457 ≡ 228 mod 457

Es gilt also: 33679 ≡ 228 mod 457

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.