Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (597 - 90) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(597 - 90) mod 3 ≡ (597 mod 3 - 90 mod 3) mod 3.

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

90 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90+0 = 3 ⋅ 30 +0.

Somit gilt:

(597 - 90) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 74) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 74) mod 11 ≡ (65 mod 11 ⋅ 74 mod 11) mod 11.

65 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 55 + 10 = 5 ⋅ 11 + 10 ist.

74 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 66 + 8 = 6 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 74) mod 11 ≡ (10 ⋅ 8) mod 11 ≡ 80 mod 11 ≡ 3 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27532 mod 337.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 275 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 2751=275

2: 2752=2751+1=2751⋅2751 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 137 mod 337

4: 2754=2752+2=2752⋅2752 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 234 mod 337

8: 2758=2754+4=2754⋅2754 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 162 mod 337

16: 27516=2758+8=2758⋅2758 ≡ 162⋅162=26244 ≡ 295 mod 337

32: 27532=27516+16=27516⋅27516 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 79 mod 337

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 692172 mod 991.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 172 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 172 an und zerlegen 172 in eine Summer von 2er-Potenzen:

172 = 128+32+8+4

1: 6921=692

2: 6922=6921+1=6921⋅6921 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 211 mod 991

4: 6924=6922+2=6922⋅6922 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 917 mod 991

8: 6928=6924+4=6924⋅6924 ≡ 917⋅917=840889 ≡ 521 mod 991

16: 69216=6928+8=6928⋅6928 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 898 mod 991

32: 69232=69216+16=69216⋅69216 ≡ 898⋅898=806404 ≡ 721 mod 991

64: 69264=69232+32=69232⋅69232 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 557 mod 991

128: 692128=69264+64=69264⋅69264 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 66 mod 991

692172

= 692128+32+8+4

= 692128⋅69232⋅6928⋅6924

66 ⋅ 721 ⋅ 521 ⋅ 917 mod 991
47586 ⋅ 521 ⋅ 917 mod 991 ≡ 18 ⋅ 521 ⋅ 917 mod 991
9378 ⋅ 917 mod 991 ≡ 459 ⋅ 917 mod 991
420903 mod 991 ≡ 719 mod 991

Es gilt also: 692172 ≡ 719 mod 991

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 29

=>61 = 2⋅29 + 3
=>29 = 9⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,29)=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= 29-9⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(29 -9⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅29 +9⋅ 3)
= -1⋅29 +10⋅ 3 (=1)
3= 61-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅29 +10⋅(61 -2⋅ 29)
= -1⋅29 +10⋅61 -20⋅ 29)
= 10⋅61 -21⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(61,29)=1 = 10⋅61 -21⋅29

oder wenn man 10⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅61 = -21⋅29

-21⋅29 = -10⋅61 + 1 |+61⋅29

-21⋅29 + 61⋅29 = -10⋅61 + 61⋅29 + 1

(-21 + 61) ⋅ 29 = (-10 + 29) ⋅ 61 + 1

40⋅29 = 19⋅61 + 1

Es gilt also: 40⋅29 = 19⋅61 +1

Somit 40⋅29 = 1 mod 61

40 ist also das Inverse von 29 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.