Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19998 + 83) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19998 + 83) mod 4 ≡ (19998 mod 4 + 83 mod 4) mod 4.

19998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19998 = 19000+998 = 4 ⋅ 4750 +998.

83 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80+3 = 4 ⋅ 20 +3.

Somit gilt:

(19998 + 83) mod 4 ≡ (2 + 3) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 45) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 45) mod 11 ≡ (51 mod 11 ⋅ 45 mod 11) mod 11.

51 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 44 + 7 = 4 ⋅ 11 + 7 ist.

45 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 44 + 1 = 4 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 45) mod 11 ≡ (7 ⋅ 1) mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56864 mod 857.

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. 568 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 5681=568

2: 5682=5681+1=5681⋅5681 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 392 mod 857

4: 5684=5682+2=5682⋅5682 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 261 mod 857

8: 5688=5684+4=5684⋅5684 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 418 mod 857

16: 56816=5688+8=5688⋅5688 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 753 mod 857

32: 56832=56816+16=56816⋅56816 ≡ 753⋅753=567009 ≡ 532 mod 857

64: 56864=56832+32=56832⋅56832 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 214 mod 857

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 173109 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:

109 = 64+32+8+4+1

1: 1731=173

2: 1732=1731+1=1731⋅1731 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 52 mod 433

4: 1734=1732+2=1732⋅1732 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 106 mod 433

8: 1738=1734+4=1734⋅1734 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 411 mod 433

16: 17316=1738+8=1738⋅1738 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 51 mod 433

32: 17332=17316+16=17316⋅17316 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 3 mod 433

64: 17364=17332+32=17332⋅17332 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 433

173109

= 17364+32+8+4+1

= 17364⋅17332⋅1738⋅1734⋅1731

9 ⋅ 3 ⋅ 411 ⋅ 106 ⋅ 173 mod 433
27 ⋅ 411 ⋅ 106 ⋅ 173 mod 433
11097 ⋅ 106 ⋅ 173 mod 433 ≡ 272 ⋅ 106 ⋅ 173 mod 433
28832 ⋅ 173 mod 433 ≡ 254 ⋅ 173 mod 433
43942 mod 433 ≡ 209 mod 433

Es gilt also: 173109 ≡ 209 mod 433

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 37.

Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 37

=>53 = 1⋅37 + 16
=>37 = 2⋅16 + 5
=>16 = 3⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,37)=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= 16-3⋅5
5= 37-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -3⋅(37 -2⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅37 +6⋅ 16)
= -3⋅37 +7⋅ 16 (=1)
16= 53-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅37 +7⋅(53 -1⋅ 37)
= -3⋅37 +7⋅53 -7⋅ 37)
= 7⋅53 -10⋅ 37 (=1)

Es gilt also: ggt(53,37)=1 = 7⋅53 -10⋅37

oder wenn man 7⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -7⋅53 = -10⋅37

-10⋅37 = -7⋅53 + 1 |+53⋅37

-10⋅37 + 53⋅37 = -7⋅53 + 53⋅37 + 1

(-10 + 53) ⋅ 37 = (-7 + 37) ⋅ 53 + 1

43⋅37 = 30⋅53 + 1

Es gilt also: 43⋅37 = 30⋅53 +1

Somit 43⋅37 = 1 mod 53

43 ist also das Inverse von 37 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.