Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24003 + 6000) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24003 + 6000) mod 6 ≡ (24003 mod 6 + 6000 mod 6) mod 6.

24003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003 = 24000+3 = 6 ⋅ 4000 +3.

6000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6000 = 6000+0 = 6 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(24003 + 6000) mod 6 ≡ (3 + 0) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 53) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 53) mod 8 ≡ (70 mod 8 ⋅ 53 mod 8) mod 8.

70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.

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

Somit gilt:

(70 ⋅ 53) mod 8 ≡ (6 ⋅ 5) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22764 mod 281.

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. 227 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2271=227

2: 2272=2271+1=2271⋅2271 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 106 mod 281

4: 2274=2272+2=2272⋅2272 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 277 mod 281

8: 2278=2274+4=2274⋅2274 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 16 mod 281

16: 22716=2278+8=2278⋅2278 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 281

32: 22732=22716+16=22716⋅22716 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 63 mod 281

64: 22764=22732+32=22732⋅22732 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 516130 mod 811.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 130 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 130 an und zerlegen 130 in eine Summer von 2er-Potenzen:

130 = 128+2

1: 5161=516

2: 5162=5161+1=5161⋅5161 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 248 mod 811

4: 5164=5162+2=5162⋅5162 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 679 mod 811

8: 5168=5164+4=5164⋅5164 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 393 mod 811

16: 51616=5168+8=5168⋅5168 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 359 mod 811

32: 51632=51616+16=51616⋅51616 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 743 mod 811

64: 51664=51632+32=51632⋅51632 ≡ 743⋅743=552049 ≡ 569 mod 811

128: 516128=51664+64=51664⋅51664 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 172 mod 811

516130

= 516128+2

= 516128⋅5162

172 ⋅ 248 mod 811
42656 mod 811 ≡ 484 mod 811

Es gilt also: 516130 ≡ 484 mod 811

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 33

=>71 = 2⋅33 + 5
=>33 = 6⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,33)=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= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 33-6⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(33 -6⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅33 -12⋅ 5)
= 2⋅33 -13⋅ 5 (=1)
5= 71-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅33 -13⋅(71 -2⋅ 33)
= 2⋅33 -13⋅71 +26⋅ 33)
= -13⋅71 +28⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(71,33)=1 = -13⋅71 +28⋅33

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +28⋅33

Es gilt also: 28⋅33 = 13⋅71 +1

Somit 28⋅33 = 1 mod 71

28 ist also das Inverse von 33 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.