Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45005 + 45007) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45005 + 45007) mod 9 ≡ (45005 mod 9 + 45007 mod 9) mod 9.

45005 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45005 = 45000+5 = 9 ⋅ 5000 +5.

45007 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45007 = 45000+7 = 9 ⋅ 5000 +7.

Somit gilt:

(45005 + 45007) mod 9 ≡ (5 + 7) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 53) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 53) mod 11 ≡ (83 mod 11 ⋅ 53 mod 11) mod 11.

83 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 77 + 6 = 7 ⋅ 11 + 6 ist.

53 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 44 + 9 = 4 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 53) mod 11 ≡ (6 ⋅ 9) mod 11 ≡ 54 mod 11 ≡ 10 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27132 mod 599.

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. 271 -> x
2. mod(x²,599) -> 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: 2711=271

2: 2712=2711+1=2711⋅2711 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 363 mod 599

4: 2714=2712+2=2712⋅2712 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 588 mod 599

8: 2718=2714+4=2714⋅2714 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 121 mod 599

16: 27116=2718+8=2718⋅2718 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 265 mod 599

32: 27132=27116+16=27116⋅27116 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 142 mod 599

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 361194 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 194 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 194 an und zerlegen 194 in eine Summer von 2er-Potenzen:

194 = 128+64+2

1: 3611=361

2: 3612=3611+1=3611⋅3611 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 421 mod 433

4: 3614=3612+2=3612⋅3612 ≡ 421⋅421=177241 ≡ 144 mod 433

8: 3618=3614+4=3614⋅3614 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 385 mod 433

16: 36116=3618+8=3618⋅3618 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 139 mod 433

32: 36132=36116+16=36116⋅36116 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 269 mod 433

64: 36164=36132+32=36132⋅36132 ≡ 269⋅269=72361 ≡ 50 mod 433

128: 361128=36164+64=36164⋅36164 ≡ 50⋅50=2500 ≡ 335 mod 433

361194

= 361128+64+2

= 361128⋅36164⋅3612

335 ⋅ 50 ⋅ 421 mod 433
16750 ⋅ 421 mod 433 ≡ 296 ⋅ 421 mod 433
124616 mod 433 ≡ 345 mod 433

Es gilt also: 361194 ≡ 345 mod 433

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 22

=>71 = 3⋅22 + 5
=>22 = 4⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,22)=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= 5-2⋅2
2= 22-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5)
= -2⋅22 +9⋅ 5 (=1)
5= 71-3⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +9⋅(71 -3⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅71 -27⋅ 22)
= 9⋅71 -29⋅ 22 (=1)

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

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

1 -9⋅71 = -29⋅22

-29⋅22 = -9⋅71 + 1 |+71⋅22

-29⋅22 + 71⋅22 = -9⋅71 + 71⋅22 + 1

(-29 + 71) ⋅ 22 = (-9 + 22) ⋅ 71 + 1

42⋅22 = 13⋅71 + 1

Es gilt also: 42⋅22 = 13⋅71 +1

Somit 42⋅22 = 1 mod 71

42 ist also das Inverse von 22 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.