Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1201 + 29) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1201 + 29) mod 3 ≡ (1201 mod 3 + 29 mod 3) mod 3.

1201 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 3 ⋅ 400 +1.

29 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 30-1 = 3 ⋅ 10 -1 = 3 ⋅ 10 - 3 + 2.

Somit gilt:

(1201 + 29) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 39) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 39) mod 6 ≡ (71 mod 6 ⋅ 39 mod 6) mod 6.

71 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 11 ⋅ 6 + 5 ist.

39 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 36 + 3 = 6 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 39) mod 6 ≡ (5 ⋅ 3) mod 6 ≡ 15 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 375128 mod 521.

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. 375 -> x
2. mod(x²,521) -> 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: 3751=375

2: 3752=3751+1=3751⋅3751 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 476 mod 521

4: 3754=3752+2=3752⋅3752 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 462 mod 521

8: 3758=3754+4=3754⋅3754 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 355 mod 521

16: 37516=3758+8=3758⋅3758 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 464 mod 521

32: 37532=37516+16=37516⋅37516 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 123 mod 521

64: 37564=37532+32=37532⋅37532 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 20 mod 521

128: 375128=37564+64=37564⋅37564 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 521

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 285165 mod 743.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 165 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 165 an und zerlegen 165 in eine Summer von 2er-Potenzen:

165 = 128+32+4+1

1: 2851=285

2: 2852=2851+1=2851⋅2851 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 238 mod 743

4: 2854=2852+2=2852⋅2852 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 176 mod 743

8: 2858=2854+4=2854⋅2854 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 513 mod 743

16: 28516=2858+8=2858⋅2858 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 147 mod 743

32: 28532=28516+16=28516⋅28516 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 62 mod 743

64: 28564=28532+32=28532⋅28532 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 129 mod 743

128: 285128=28564+64=28564⋅28564 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 295 mod 743

285165

= 285128+32+4+1

= 285128⋅28532⋅2854⋅2851

295 ⋅ 62 ⋅ 176 ⋅ 285 mod 743
18290 ⋅ 176 ⋅ 285 mod 743 ≡ 458 ⋅ 176 ⋅ 285 mod 743
80608 ⋅ 285 mod 743 ≡ 364 ⋅ 285 mod 743
103740 mod 743 ≡ 463 mod 743

Es gilt also: 285165 ≡ 463 mod 743

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 46

=>53 = 1⋅46 + 7
=>46 = 6⋅7 + 4
=>7 = 1⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,46)=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= 46-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅7 +2⋅(46 -6⋅ 7)
= -1⋅7 +2⋅46 -12⋅ 7)
= 2⋅46 -13⋅ 7 (=1)
7= 53-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅46 -13⋅(53 -1⋅ 46)
= 2⋅46 -13⋅53 +13⋅ 46)
= -13⋅53 +15⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(53,46)=1 = -13⋅53 +15⋅46

oder wenn man -13⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅53 = +15⋅46

Es gilt also: 15⋅46 = 13⋅53 +1

Somit 15⋅46 = 1 mod 53

15 ist also das Inverse von 46 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.