Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2005 + 2501) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2005 + 2501) mod 5 ≡ (2005 mod 5 + 2501 mod 5) mod 5.

2005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2005 = 2000+5 = 5 ⋅ 400 +5.

2501 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2501 = 2500+1 = 5 ⋅ 500 +1.

Somit gilt:

(2005 + 2501) mod 5 ≡ (0 + 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 44) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(44 ⋅ 44) mod 6 ≡ (44 mod 6 ⋅ 44 mod 6) mod 6.

44 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 7 ⋅ 6 + 2 ist.

44 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 7 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(44 ⋅ 44) mod 6 ≡ (2 ⋅ 2) mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31564 mod 467.

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. 315 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 3151=315

2: 3152=3151+1=3151⋅3151 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 221 mod 467

4: 3154=3152+2=3152⋅3152 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 273 mod 467

8: 3158=3154+4=3154⋅3154 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 276 mod 467

16: 31516=3158+8=3158⋅3158 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 55 mod 467

32: 31532=31516+16=31516⋅31516 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 223 mod 467

64: 31564=31532+32=31532⋅31532 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 227 mod 467

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 258231 mod 421.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 2581=258

2: 2582=2581+1=2581⋅2581 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 46 mod 421

4: 2584=2582+2=2582⋅2582 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 11 mod 421

8: 2588=2584+4=2584⋅2584 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 421

16: 25816=2588+8=2588⋅2588 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 327 mod 421

32: 25832=25816+16=25816⋅25816 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 416 mod 421

64: 25864=25832+32=25832⋅25832 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 25 mod 421

128: 258128=25864+64=25864⋅25864 ≡ 25⋅25=625 ≡ 204 mod 421

258231

= 258128+64+32+4+2+1

= 258128⋅25864⋅25832⋅2584⋅2582⋅2581

204 ⋅ 25 ⋅ 416 ⋅ 11 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421
5100 ⋅ 416 ⋅ 11 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421 ≡ 48 ⋅ 416 ⋅ 11 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421
19968 ⋅ 11 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421 ≡ 181 ⋅ 11 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421
1991 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421 ≡ 307 ⋅ 46 ⋅ 258 mod 421
14122 ⋅ 258 mod 421 ≡ 229 ⋅ 258 mod 421
59082 mod 421 ≡ 142 mod 421

Es gilt also: 258231 ≡ 142 mod 421

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 33

=>71 = 2⋅33 + 5
=>33 = 6⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,33)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 33-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(33 -6⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅33 -12⋅ 5)
= 2⋅33 -13⋅ 5 (=1)
5= 71-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅33 -13⋅(71 -2⋅ 33)
= 2⋅33 -13⋅71 +26⋅ 33)
= -13⋅71 +28⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(71,33)=1 = -13⋅71 +28⋅33

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +28⋅33

Es gilt also: 28⋅33 = 13⋅71 +1

Somit 28⋅33 = 1 mod 71

28 ist also das Inverse von 33 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.