Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23998 - 402) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23998 - 402) mod 8 ≡ (23998 mod 8 - 402 mod 8) mod 8.

23998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23998 = 23000+998 = 8 ⋅ 2875 +998.

402 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 402 = 400+2 = 8 ⋅ 50 +2.

Somit gilt:

(23998 - 402) mod 8 ≡ (6 - 2) mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 35) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 35) mod 5 ≡ (19 mod 5 ⋅ 35 mod 5) mod 5.

19 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 15 + 4 = 3 ⋅ 5 + 4 ist.

35 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 35 + 0 = 7 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 35) mod 5 ≡ (4 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22964 mod 491.

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. 229 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 2291=229

2: 2292=2291+1=2291⋅2291 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 395 mod 491

4: 2294=2292+2=2292⋅2292 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 378 mod 491

8: 2298=2294+4=2294⋅2294 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 3 mod 491

16: 22916=2298+8=2298⋅2298 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 491

32: 22932=22916+16=22916⋅22916 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 491

64: 22964=22932+32=22932⋅22932 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 178 mod 491

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 248187 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 187 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 187 an und zerlegen 187 in eine Summer von 2er-Potenzen:

187 = 128+32+16+8+2+1

1: 2481=248

2: 2482=2481+1=2481⋅2481 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 267 mod 293

4: 2484=2482+2=2482⋅2482 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 90 mod 293

8: 2488=2484+4=2484⋅2484 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 189 mod 293

16: 24816=2488+8=2488⋅2488 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 268 mod 293

32: 24832=24816+16=24816⋅24816 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 39 mod 293

64: 24864=24832+32=24832⋅24832 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 56 mod 293

128: 248128=24864+64=24864⋅24864 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 206 mod 293

248187

= 248128+32+16+8+2+1

= 248128⋅24832⋅24816⋅2488⋅2482⋅2481

206 ⋅ 39 ⋅ 268 ⋅ 189 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293
8034 ⋅ 268 ⋅ 189 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293 ≡ 123 ⋅ 268 ⋅ 189 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293
32964 ⋅ 189 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293 ≡ 148 ⋅ 189 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293
27972 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293 ≡ 137 ⋅ 267 ⋅ 248 mod 293
36579 ⋅ 248 mod 293 ≡ 247 ⋅ 248 mod 293
61256 mod 293 ≡ 19 mod 293

Es gilt also: 248187 ≡ 19 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 42

=>59 = 1⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,42)=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= 17-2⋅8
8= 42-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17)
= -2⋅42 +5⋅ 17 (=1)
17= 59-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(59 -1⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅59 -5⋅ 42)
= 5⋅59 -7⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(59,42)=1 = 5⋅59 -7⋅42

oder wenn man 5⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅59 = -7⋅42

-7⋅42 = -5⋅59 + 1 |+59⋅42

-7⋅42 + 59⋅42 = -5⋅59 + 59⋅42 + 1

(-7 + 59) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 59 + 1

52⋅42 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 52⋅42 = 37⋅59 +1

Somit 52⋅42 = 1 mod 59

52 ist also das Inverse von 42 mod 59

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.