Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2802 + 67) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2802 + 67) mod 7 ≡ (2802 mod 7 + 67 mod 7) mod 7.

2802 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2802 = 2800+2 = 7 ⋅ 400 +2.

67 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 70-3 = 7 ⋅ 10 -3 = 7 ⋅ 10 - 7 + 4.

Somit gilt:

(2802 + 67) mod 7 ≡ (2 + 4) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 70) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 70) mod 6 ≡ (53 mod 6 ⋅ 70 mod 6) mod 6.

53 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 8 ⋅ 6 + 5 ist.

70 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 66 + 4 = 11 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 70) mod 6 ≡ (5 ⋅ 4) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 42964 mod 653.

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. 429 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4291=429

2: 4292=4291+1=4291⋅4291 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 548 mod 653

4: 4294=4292+2=4292⋅4292 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 577 mod 653

8: 4298=4294+4=4294⋅4294 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 552 mod 653

16: 42916=4298+8=4298⋅4298 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 406 mod 653

32: 42932=42916+16=42916⋅42916 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 280 mod 653

64: 42964=42932+32=42932⋅42932 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 40 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 323206 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:

206 = 128+64+8+4+2

1: 3231=323

2: 3232=3231+1=3231⋅3231 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 550 mod 887

4: 3234=3232+2=3232⋅3232 ≡ 550⋅550=302500 ≡ 33 mod 887

8: 3238=3234+4=3234⋅3234 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 202 mod 887

16: 32316=3238+8=3238⋅3238 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 2 mod 887

32: 32332=32316+16=32316⋅32316 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 887

64: 32364=32332+32=32332⋅32332 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 887

128: 323128=32364+64=32364⋅32364 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 887

323206

= 323128+64+8+4+2

= 323128⋅32364⋅3238⋅3234⋅3232

256 ⋅ 16 ⋅ 202 ⋅ 33 ⋅ 550 mod 887
4096 ⋅ 202 ⋅ 33 ⋅ 550 mod 887 ≡ 548 ⋅ 202 ⋅ 33 ⋅ 550 mod 887
110696 ⋅ 33 ⋅ 550 mod 887 ≡ 708 ⋅ 33 ⋅ 550 mod 887
23364 ⋅ 550 mod 887 ≡ 302 ⋅ 550 mod 887
166100 mod 887 ≡ 231 mod 887

Es gilt also: 323206 ≡ 231 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 29

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

also gilt: ggt(71,29)=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= 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= 71-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +9⋅(71 -2⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅71 -18⋅ 29)
= 9⋅71 -22⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(71,29)=1 = 9⋅71 -22⋅29

oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅71 = -22⋅29

-22⋅29 = -9⋅71 + 1 |+71⋅29

-22⋅29 + 71⋅29 = -9⋅71 + 71⋅29 + 1

(-22 + 71) ⋅ 29 = (-9 + 29) ⋅ 71 + 1

49⋅29 = 20⋅71 + 1

Es gilt also: 49⋅29 = 20⋅71 +1

Somit 49⋅29 = 1 mod 71

49 ist also das Inverse von 29 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.