Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1405 + 7004) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1405 + 7004) mod 7 ≡ (1405 mod 7 + 7004 mod 7) mod 7.

1405 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1405 = 1400+5 = 7 ⋅ 200 +5.

7004 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7004 = 7000+4 = 7 ⋅ 1000 +4.

Somit gilt:

(1405 + 7004) mod 7 ≡ (5 + 4) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 63) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 63) mod 10 ≡ (84 mod 10 ⋅ 63 mod 10) mod 10.

84 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 8 ⋅ 10 + 4 ist.

63 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 6 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 63) mod 10 ≡ (4 ⋅ 3) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44716 mod 787.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 447 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 4471=447

2: 4472=4471+1=4471⋅4471 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 698 mod 787

4: 4474=4472+2=4472⋅4472 ≡ 698⋅698=487204 ≡ 51 mod 787

8: 4478=4474+4=4474⋅4474 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 240 mod 787

16: 44716=4478+8=4478⋅4478 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 149 mod 787

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 253183 mod 281.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 222 mod 281

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 109 mod 281

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 79 mod 281

16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 59 mod 281

32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 109 mod 281

64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 79 mod 281

128: 253128=25364+64=25364⋅25364 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 59 mod 281

253183

= 253128+32+16+4+2+1

= 253128⋅25332⋅25316⋅2534⋅2532⋅2531

59 ⋅ 109 ⋅ 59 ⋅ 109 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281
6431 ⋅ 59 ⋅ 109 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281 ≡ 249 ⋅ 59 ⋅ 109 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281
14691 ⋅ 109 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281 ≡ 79 ⋅ 109 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281
8611 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281 ≡ 181 ⋅ 222 ⋅ 253 mod 281
40182 ⋅ 253 mod 281 ≡ 280 ⋅ 253 mod 281
70840 mod 281 ≡ 28 mod 281

Es gilt also: 253183 ≡ 28 mod 281

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42

=>71 = 1⋅42 + 29
=>42 = 1⋅29 + 13
=>29 = 2⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,42)=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= 13-4⋅3
3= 29-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13)
= -4⋅29 +9⋅ 13 (=1)
13= 42-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29)
= 9⋅42 -13⋅ 29 (=1)
29= 71-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42)
= -13⋅71 +22⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42

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

1 +13⋅71 = +22⋅42

Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1

Somit 22⋅42 = 1 mod 71

22 ist also das Inverse von 42 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.