Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24006 - 1600) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24006 - 1600) mod 8 ≡ (24006 mod 8 - 1600 mod 8) mod 8.

24006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24006 = 24000+6 = 8 ⋅ 3000 +6.

1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 8 ⋅ 200 +0.

Somit gilt:

(24006 - 1600) mod 8 ≡ (6 - 0) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 99) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (36 mod 5 ⋅ 99 mod 5) mod 5.

36 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 7 ⋅ 5 + 1 ist.

99 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 95 + 4 = 19 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 99) mod 5 ≡ (1 ⋅ 4) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48732 mod 839.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 487 -> x
2. mod(x²,839) -> 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: 4871=487

2: 4872=4871+1=4871⋅4871 ≡ 487⋅487=237169 ≡ 571 mod 839

4: 4874=4872+2=4872⋅4872 ≡ 571⋅571=326041 ≡ 509 mod 839

8: 4878=4874+4=4874⋅4874 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 669 mod 839

16: 48716=4878+8=4878⋅4878 ≡ 669⋅669=447561 ≡ 374 mod 839

32: 48732=48716+16=48716⋅48716 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 602 mod 839

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 574173 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:

173 = 128+32+8+4+1

1: 5741=574

2: 5742=5741+1=5741⋅5741 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 128 mod 601

4: 5744=5742+2=5742⋅5742 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 157 mod 601

8: 5748=5744+4=5744⋅5744 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 8 mod 601

16: 57416=5748+8=5748⋅5748 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 601

32: 57432=57416+16=57416⋅57416 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 490 mod 601

64: 57464=57432+32=57432⋅57432 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 301 mod 601

128: 574128=57464+64=57464⋅57464 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 451 mod 601

574173

= 574128+32+8+4+1

= 574128⋅57432⋅5748⋅5744⋅5741

451 ⋅ 490 ⋅ 8 ⋅ 157 ⋅ 574 mod 601
220990 ⋅ 8 ⋅ 157 ⋅ 574 mod 601 ≡ 423 ⋅ 8 ⋅ 157 ⋅ 574 mod 601
3384 ⋅ 157 ⋅ 574 mod 601 ≡ 379 ⋅ 157 ⋅ 574 mod 601
59503 ⋅ 574 mod 601 ≡ 4 ⋅ 574 mod 601
2296 mod 601 ≡ 493 mod 601

Es gilt also: 574173 ≡ 493 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 57.

Also bestimme x, so dass 57 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 57

=>67 = 1⋅57 + 10
=>57 = 5⋅10 + 7
=>10 = 1⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,57)=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= 7-2⋅3
3= 10-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(10 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅10 +2⋅ 7)
= -2⋅10 +3⋅ 7 (=1)
7= 57-5⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅10 +3⋅(57 -5⋅ 10)
= -2⋅10 +3⋅57 -15⋅ 10)
= 3⋅57 -17⋅ 10 (=1)
10= 67-1⋅57 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅57 -17⋅(67 -1⋅ 57)
= 3⋅57 -17⋅67 +17⋅ 57)
= -17⋅67 +20⋅ 57 (=1)

Es gilt also: ggt(67,57)=1 = -17⋅67 +20⋅57

oder wenn man -17⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅67 = +20⋅57

Es gilt also: 20⋅57 = 17⋅67 +1

Somit 20⋅57 = 1 mod 67

20 ist also das Inverse von 57 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.