Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 + 270) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 + 270) mod 9 ≡ (84 mod 9 + 270 mod 9) mod 9.

84 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 90-6 = 9 ⋅ 10 -6 = 9 ⋅ 10 - 9 + 3.

270 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 270 = 270+0 = 9 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(84 + 270) mod 9 ≡ (3 + 0) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (81 ⋅ 86) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(81 ⋅ 86) mod 6 ≡ (81 mod 6 ⋅ 86 mod 6) mod 6.

81 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 81 = 78 + 3 = 13 ⋅ 6 + 3 ist.

86 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 86 = 84 + 2 = 14 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(81 ⋅ 86) mod 6 ≡ (3 ⋅ 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5418 mod 557.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 541 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 5411=541

2: 5412=5411+1=5411⋅5411 ≡ 541⋅541=292681 ≡ 256 mod 557

4: 5414=5412+2=5412⋅5412 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 367 mod 557

8: 5418=5414+4=5414⋅5414 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 452 mod 557

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 94254 mod 257.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 254 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 254 an und zerlegen 254 in eine Summer von 2er-Potenzen:

254 = 128+64+32+16+8+4+2

1: 941=94

2: 942=941+1=941⋅941 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 98 mod 257

4: 944=942+2=942⋅942 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 95 mod 257

8: 948=944+4=944⋅944 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 30 mod 257

16: 9416=948+8=948⋅948 ≡ 30⋅30=900 ≡ 129 mod 257

32: 9432=9416+16=9416⋅9416 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 193 mod 257

64: 9464=9432+32=9432⋅9432 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 241 mod 257

128: 94128=9464+64=9464⋅9464 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257

94254

= 94128+64+32+16+8+4+2

= 94128⋅9464⋅9432⋅9416⋅948⋅944⋅942

≡ 256 ⋅ 241 ⋅ 193 ⋅ 129 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257
≡ 61696 ⋅ 193 ⋅ 129 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257 ≡ 16 ⋅ 193 ⋅ 129 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257
≡ 3088 ⋅ 129 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257 ≡ 4 ⋅ 129 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257
≡ 516 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257 ≡ 2 ⋅ 30 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257
≡ 60 ⋅ 95 ⋅ 98 mod 257
≡ 5700 ⋅ 98 mod 257 ≡ 46 ⋅ 98 mod 257
≡ 4508 mod 257 ≡ 139 mod 257

Es gilt also: 94254 ≡ 139 mod 257

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 49

=>71 = 1⋅49 + 22
=>49 = 2⋅22 + 5
=>22 = 4⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,49)=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= 5-2⋅2
2= 22-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5)
= -2⋅22 +9⋅ 5 (=1)
5= 49-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +9⋅(49 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅49 -18⋅ 22)
= 9⋅49 -20⋅ 22 (=1)
22= 71-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -20⋅(71 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -20⋅71 +20⋅ 49)
= -20⋅71 +29⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(71,49)=1 = -20⋅71 +29⋅49

oder wenn man -20⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅71 = +29⋅49

Es gilt also: 29⋅49 = 20⋅71 +1

Somit 29⋅49 = 1 mod 71

29 ist also das Inverse von 49 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.