Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7007 - 27999) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7007 - 27999) mod 7 ≡ (7007 mod 7 - 27999 mod 7) mod 7.

7007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7007 = 7000+7 = 7 ⋅ 1000 +7.

27999 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27999 = 28000-1 = 7 ⋅ 4000 -1 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 6.

Somit gilt:

(7007 - 27999) mod 7 ≡ (0 - 6) mod 7 ≡ -6 mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (17 ⋅ 34) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(17 ⋅ 34) mod 5 ≡ (17 mod 5 ⋅ 34 mod 5) mod 5.

17 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 15 + 2 = 3 ⋅ 5 + 2 ist.

34 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 6 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(17 ⋅ 34) mod 5 ≡ (2 ⋅ 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56532 mod 613.

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. 565 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 5651=565

2: 5652=5651+1=5651⋅5651 ≡ 565⋅565=319225 ≡ 465 mod 613

4: 5654=5652+2=5652⋅5652 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 449 mod 613

8: 5658=5654+4=5654⋅5654 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 537 mod 613

16: 56516=5658+8=5658⋅5658 ≡ 537⋅537=288369 ≡ 259 mod 613

32: 56532=56516+16=56516⋅56516 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 264 mod 613

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 227117 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 117 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 117 an und zerlegen 117 in eine Summer von 2er-Potenzen:

117 = 64+32+16+4+1

1: 2271=227

2: 2272=2271+1=2271⋅2271 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 240 mod 431

4: 2274=2272+2=2272⋅2272 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 277 mod 431

8: 2278=2274+4=2274⋅2274 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 11 mod 431

16: 22716=2278+8=2278⋅2278 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 431

32: 22732=22716+16=22716⋅22716 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 418 mod 431

64: 22764=22732+32=22732⋅22732 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 169 mod 431

227117

= 22764+32+16+4+1

= 22764⋅22732⋅22716⋅2274⋅2271

169 ⋅ 418 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
70642 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431 ≡ 389 ⋅ 121 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
47069 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431 ≡ 90 ⋅ 277 ⋅ 227 mod 431
24930 ⋅ 227 mod 431 ≡ 363 ⋅ 227 mod 431
82401 mod 431 ≡ 80 mod 431

Es gilt also: 227117 ≡ 80 mod 431

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52

=>97 = 1⋅52 + 45
=>52 = 1⋅45 + 7
=>45 = 6⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3
3= 45-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7)
= -2⋅45 +13⋅ 7 (=1)
7= 52-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45)
= 13⋅52 -15⋅ 45 (=1)
45= 97-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52)
= -15⋅97 +28⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52

oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +15⋅97 = +28⋅52

Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1

Somit 28⋅52 = 1 mod 97

28 ist also das Inverse von 52 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.