Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (284 + 211) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(284 + 211) mod 7 ≡ (284 mod 7 + 211 mod 7) mod 7.

284 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 284 = 280+4 = 7 ⋅ 40 +4.

211 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 211 = 210+1 = 7 ⋅ 30 +1.

Somit gilt:

(284 + 211) mod 7 ≡ (4 + 1) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (33 ⋅ 75) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(33 ⋅ 75) mod 6 ≡ (33 mod 6 ⋅ 75 mod 6) mod 6.

33 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 5 ⋅ 6 + 3 ist.

75 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 12 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(33 ⋅ 75) mod 6 ≡ (3 ⋅ 3) mod 6 ≡ 9 mod 6 ≡ 3 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26016 mod 317.

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. 260 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 2601=260

2: 2602=2601+1=2601⋅2601 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 79 mod 317

4: 2604=2602+2=2602⋅2602 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 218 mod 317

8: 2608=2604+4=2604⋅2604 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 291 mod 317

16: 26016=2608+8=2608⋅2608 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 42 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 482242 mod 647.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 4821=482

2: 4822=4821+1=4821⋅4821 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 51 mod 647

4: 4824=4822+2=4822⋅4822 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 13 mod 647

8: 4828=4824+4=4824⋅4824 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 647

16: 48216=4828+8=4828⋅4828 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 93 mod 647

32: 48232=48216+16=48216⋅48216 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 238 mod 647

64: 48264=48232+32=48232⋅48232 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 355 mod 647

128: 482128=48264+64=48264⋅48264 ≡ 355⋅355=126025 ≡ 507 mod 647

482242

= 482128+64+32+16+2

= 482128⋅48264⋅48232⋅48216⋅4822

507 ⋅ 355 ⋅ 238 ⋅ 93 ⋅ 51 mod 647
179985 ⋅ 238 ⋅ 93 ⋅ 51 mod 647 ≡ 119 ⋅ 238 ⋅ 93 ⋅ 51 mod 647
28322 ⋅ 93 ⋅ 51 mod 647 ≡ 501 ⋅ 93 ⋅ 51 mod 647
46593 ⋅ 51 mod 647 ≡ 9 ⋅ 51 mod 647
459 mod 647

Es gilt also: 482242 ≡ 459 mod 647

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 52

=>79 = 1⋅52 + 27
=>52 = 1⋅27 + 25
=>27 = 1⋅25 + 2
=>25 = 12⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,52)=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= 25-12⋅2
2= 27-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -12⋅(27 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -12⋅27 +12⋅ 25)
= -12⋅27 +13⋅ 25 (=1)
25= 52-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -12⋅27 +13⋅(52 -1⋅ 27)
= -12⋅27 +13⋅52 -13⋅ 27)
= 13⋅52 -25⋅ 27 (=1)
27= 79-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -25⋅(79 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -25⋅79 +25⋅ 52)
= -25⋅79 +38⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(79,52)=1 = -25⋅79 +38⋅52

oder wenn man -25⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +25⋅79 = +38⋅52

Es gilt also: 38⋅52 = 25⋅79 +1

Somit 38⋅52 = 1 mod 79

38 ist also das Inverse von 52 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.