Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25004 + 10001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25004 + 10001) mod 5 ≡ (25004 mod 5 + 10001 mod 5) mod 5.

25004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25004 = 25000+4 = 5 ⋅ 5000 +4.

10001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10001 = 10000+1 = 5 ⋅ 2000 +1.

Somit gilt:

(25004 + 10001) mod 5 ≡ (4 + 1) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 53) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 53) mod 5 ≡ (67 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.

67 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 65 + 2 = 13 ⋅ 5 + 2 ist.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 53) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 93932 mod 941.

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. 939 -> x
2. mod(x²,941) -> 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: 9391=939

2: 9392=9391+1=9391⋅9391 ≡ 939⋅939=881721 ≡ 4 mod 941

4: 9394=9392+2=9392⋅9392 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 941

8: 9398=9394+4=9394⋅9394 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 941

16: 93916=9398+8=9398⋅9398 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 607 mod 941

32: 93932=93916+16=93916⋅93916 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 518 mod 941

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 513238 mod 599.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 5131=513

2: 5132=5131+1=5131⋅5131 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 208 mod 599

4: 5134=5132+2=5132⋅5132 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 136 mod 599

8: 5138=5134+4=5134⋅5134 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 526 mod 599

16: 51316=5138+8=5138⋅5138 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 537 mod 599

32: 51332=51316+16=51316⋅51316 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 250 mod 599

64: 51364=51332+32=51332⋅51332 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 204 mod 599

128: 513128=51364+64=51364⋅51364 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 285 mod 599

513238

= 513128+64+32+8+4+2

= 513128⋅51364⋅51332⋅5138⋅5134⋅5132

285 ⋅ 204 ⋅ 250 ⋅ 526 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599
58140 ⋅ 250 ⋅ 526 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599 ≡ 37 ⋅ 250 ⋅ 526 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599
9250 ⋅ 526 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599 ≡ 265 ⋅ 526 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599
139390 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599 ≡ 422 ⋅ 136 ⋅ 208 mod 599
57392 ⋅ 208 mod 599 ≡ 487 ⋅ 208 mod 599
101296 mod 599 ≡ 65 mod 599

Es gilt also: 513238 ≡ 65 mod 599

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 42

=>101 = 2⋅42 + 17
=>42 = 2⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,42)=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= 17-2⋅8
8= 42-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(42 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅42 +4⋅ 17)
= -2⋅42 +5⋅ 17 (=1)
17= 101-2⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅42 +5⋅(101 -2⋅ 42)
= -2⋅42 +5⋅101 -10⋅ 42)
= 5⋅101 -12⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(101,42)=1 = 5⋅101 -12⋅42

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -12⋅42

-12⋅42 = -5⋅101 + 1 |+101⋅42

-12⋅42 + 101⋅42 = -5⋅101 + 101⋅42 + 1

(-12 + 101) ⋅ 42 = (-5 + 42) ⋅ 101 + 1

89⋅42 = 37⋅101 + 1

Es gilt also: 89⋅42 = 37⋅101 +1

Somit 89⋅42 = 1 mod 101

89 ist also das Inverse von 42 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.