Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17991 - 3594) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17991 - 3594) mod 9 ≡ (17991 mod 9 - 3594 mod 9) mod 9.

17991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17991 = 18000-9 = 9 ⋅ 2000 -9 = 9 ⋅ 2000 - 9 + 0.

3594 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3594 = 3600-6 = 9 ⋅ 400 -6 = 9 ⋅ 400 - 9 + 3.

Somit gilt:

(17991 - 3594) mod 9 ≡ (0 - 3) mod 9 ≡ -3 mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (43 ⋅ 74) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(43 ⋅ 74) mod 5 ≡ (43 mod 5 ⋅ 74 mod 5) mod 5.

43 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 8 ⋅ 5 + 3 ist.

74 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70 + 4 = 14 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(43 ⋅ 74) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26116 mod 353.

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. 261 -> x
2. mod(x²,353) -> 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: 2611=261

2: 2612=2611+1=2611⋅2611 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 345 mod 353

4: 2614=2612+2=2612⋅2612 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 64 mod 353

8: 2618=2614+4=2614⋅2614 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 213 mod 353

16: 26116=2618+8=2618⋅2618 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 185 mod 353

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 344249 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 249 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 249 an und zerlegen 249 in eine Summer von 2er-Potenzen:

249 = 128+64+32+16+8+1

1: 3441=344

2: 3442=3441+1=3441⋅3441 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 14 mod 883

4: 3444=3442+2=3442⋅3442 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 883

8: 3448=3444+4=3444⋅3444 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 447 mod 883

16: 34416=3448+8=3448⋅3448 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 251 mod 883

32: 34432=34416+16=34416⋅34416 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 308 mod 883

64: 34464=34432+32=34432⋅34432 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 383 mod 883

128: 344128=34464+64=34464⋅34464 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 111 mod 883

344249

= 344128+64+32+16+8+1

= 344128⋅34464⋅34432⋅34416⋅3448⋅3441

111 ⋅ 383 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
42513 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 129 ⋅ 308 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
39732 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 880 ⋅ 251 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
220880 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883 ≡ 130 ⋅ 447 ⋅ 344 mod 883
58110 ⋅ 344 mod 883 ≡ 715 ⋅ 344 mod 883
245960 mod 883 ≡ 486 mod 883

Es gilt also: 344249 ≡ 486 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 45

=>59 = 1⋅45 + 14
=>45 = 3⋅14 + 3
=>14 = 4⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,45)=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= 14-4⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(14 -4⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅14 +4⋅ 3)
= -1⋅14 +5⋅ 3 (=1)
3= 45-3⋅14 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅14 +5⋅(45 -3⋅ 14)
= -1⋅14 +5⋅45 -15⋅ 14)
= 5⋅45 -16⋅ 14 (=1)
14= 59-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -16⋅(59 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -16⋅59 +16⋅ 45)
= -16⋅59 +21⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(59,45)=1 = -16⋅59 +21⋅45

oder wenn man -16⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅59 = +21⋅45

Es gilt also: 21⋅45 = 16⋅59 +1

Somit 21⋅45 = 1 mod 59

21 ist also das Inverse von 45 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.