Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15004 - 1995) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15004 - 1995) mod 5 ≡ (15004 mod 5 - 1995 mod 5) mod 5.

15004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15004 = 15000+4 = 5 ⋅ 3000 +4.

1995 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1995 = 1900+95 = 5 ⋅ 380 +95.

Somit gilt:

(15004 - 1995) mod 5 ≡ (4 - 0) mod 5 ≡ 4 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 46) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 46) mod 10 ≡ (43 mod 10 ⋅ 46 mod 10) mod 10.

43 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 4 ⋅ 10 + 3 ist.

46 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 4 ⋅ 10 + 6 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 46) mod 10 ≡ (3 ⋅ 6) mod 10 ≡ 18 mod 10 ≡ 8 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 42632 mod 587.

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. 426 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 4261=426

2: 4262=4261+1=4261⋅4261 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 93 mod 587

4: 4264=4262+2=4262⋅4262 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 431 mod 587

8: 4268=4264+4=4264⋅4264 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 269 mod 587

16: 42616=4268+8=4268⋅4268 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 160 mod 587

32: 42632=42616+16=42616⋅42616 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 359 mod 587

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 771123 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:

123 = 64+32+16+8+2+1

1: 7711=771

2: 7712=7711+1=7711⋅7711 ≡ 771⋅771=594441 ≡ 182 mod 883

4: 7714=7712+2=7712⋅7712 ≡ 182⋅182=33124 ≡ 453 mod 883

8: 7718=7714+4=7714⋅7714 ≡ 453⋅453=205209 ≡ 353 mod 883

16: 77116=7718+8=7718⋅7718 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 106 mod 883

32: 77132=77116+16=77116⋅77116 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 640 mod 883

64: 77164=77132+32=77132⋅77132 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 771 mod 883

771123

= 77164+32+16+8+2+1

= 77164⋅77132⋅77116⋅7718⋅7712⋅7711

771 ⋅ 640 ⋅ 106 ⋅ 353 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883
493440 ⋅ 106 ⋅ 353 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883 ≡ 726 ⋅ 106 ⋅ 353 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883
76956 ⋅ 353 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883 ≡ 135 ⋅ 353 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883
47655 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883 ≡ 856 ⋅ 182 ⋅ 771 mod 883
155792 ⋅ 771 mod 883 ≡ 384 ⋅ 771 mod 883
296064 mod 883 ≡ 259 mod 883

Es gilt also: 771123 ≡ 259 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 47

=>73 = 1⋅47 + 26
=>47 = 1⋅26 + 21
=>26 = 1⋅21 + 5
=>21 = 4⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,47)=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= 21-4⋅5
5= 26-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21)
= -4⋅26 +5⋅ 21 (=1)
21= 47-1⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅26 +5⋅(47 -1⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅47 -5⋅ 26)
= 5⋅47 -9⋅ 26 (=1)
26= 73-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅47 -9⋅(73 -1⋅ 47)
= 5⋅47 -9⋅73 +9⋅ 47)
= -9⋅73 +14⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(73,47)=1 = -9⋅73 +14⋅47

oder wenn man -9⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅73 = +14⋅47

Es gilt also: 14⋅47 = 9⋅73 +1

Somit 14⋅47 = 1 mod 73

14 ist also das Inverse von 47 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.