Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18003 + 4503) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18003 + 4503) mod 9 ≡ (18003 mod 9 + 4503 mod 9) mod 9.

18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 9 ⋅ 2000 +3.

4503 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4503 = 4500+3 = 9 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(18003 + 4503) mod 9 ≡ (3 + 3) mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 80) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 80) mod 6 ≡ (20 mod 6 ⋅ 80 mod 6) mod 6.

20 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 18 + 2 = 3 ⋅ 6 + 2 ist.

80 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 78 + 2 = 13 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 80) mod 6 ≡ (2 ⋅ 2) mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49864 mod 569.

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. 498 -> x
2. mod(x²,569) -> 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: 4981=498

2: 4982=4981+1=4981⋅4981 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 489 mod 569

4: 4984=4982+2=4982⋅4982 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 141 mod 569

8: 4988=4984+4=4984⋅4984 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 535 mod 569

16: 49816=4988+8=4988⋅4988 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 18 mod 569

32: 49832=49816+16=49816⋅49816 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 569

64: 49864=49832+32=49832⋅49832 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 280 mod 569

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20278 mod 283.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 78 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 78 an und zerlegen 78 in eine Summer von 2er-Potenzen:

78 = 64+8+4+2

1: 2021=202

2: 2022=2021+1=2021⋅2021 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 52 mod 283

4: 2024=2022+2=2022⋅2022 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 157 mod 283

8: 2028=2024+4=2024⋅2024 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 28 mod 283

16: 20216=2028+8=2028⋅2028 ≡ 28⋅28=784 ≡ 218 mod 283

32: 20232=20216+16=20216⋅20216 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 263 mod 283

64: 20264=20232+32=20232⋅20232 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 117 mod 283

20278

= 20264+8+4+2

= 20264⋅2028⋅2024⋅2022

117 ⋅ 28 ⋅ 157 ⋅ 52 mod 283
3276 ⋅ 157 ⋅ 52 mod 283 ≡ 163 ⋅ 157 ⋅ 52 mod 283
25591 ⋅ 52 mod 283 ≡ 121 ⋅ 52 mod 283
6292 mod 283 ≡ 66 mod 283

Es gilt also: 20278 ≡ 66 mod 283

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 60.

Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 60

=>67 = 1⋅60 + 7
=>60 = 8⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,60)=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= 7-1⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(7 -1⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅7 +1⋅ 4)
= -1⋅7 +2⋅ 4 (=1)
4= 60-8⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(60 -8⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅60 -16⋅ 7)
= 2⋅60 -17⋅ 7 (=1)
7= 67-1⋅60 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅60 -17⋅(67 -1⋅ 60)
= 2⋅60 -17⋅67 +17⋅ 60)
= -17⋅67 +19⋅ 60 (=1)

Es gilt also: ggt(67,60)=1 = -17⋅67 +19⋅60

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

1 +17⋅67 = +19⋅60

Es gilt also: 19⋅60 = 17⋅67 +1

Somit 19⋅60 = 1 mod 67

19 ist also das Inverse von 60 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.