Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (10001 + 20005) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(10001 + 20005) mod 5 ≡ (10001 mod 5 + 20005 mod 5) mod 5.

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

20005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20005 = 20000+5 = 5 ⋅ 4000 +5.

Somit gilt:

(10001 + 20005) mod 5 ≡ (1 + 0) mod 5 ≡ 1 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (98 ⋅ 31) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(98 ⋅ 31) mod 7 ≡ (98 mod 7 ⋅ 31 mod 7) mod 7.

98 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 98 + 0 = 14 ⋅ 7 + 0 ist.

31 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 28 + 3 = 4 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(98 ⋅ 31) mod 7 ≡ (0 ⋅ 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26016 mod 373.

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. 260 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 2601=260

2: 2602=2601+1=2601⋅2601 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 87 mod 373

4: 2604=2602+2=2602⋅2602 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 109 mod 373

8: 2608=2604+4=2604⋅2604 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 318 mod 373

16: 26016=2608+8=2608⋅2608 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 41 mod 373

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 607193 mod 941.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 193 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 193 an und zerlegen 193 in eine Summer von 2er-Potenzen:

193 = 128+64+1

1: 6071=607

2: 6072=6071+1=6071⋅6071 ≡ 607⋅607=368449 ≡ 518 mod 941

4: 6074=6072+2=6072⋅6072 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 139 mod 941

8: 6078=6074+4=6074⋅6074 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 501 mod 941

16: 60716=6078+8=6078⋅6078 ≡ 501⋅501=251001 ≡ 695 mod 941

32: 60732=60716+16=60716⋅60716 ≡ 695⋅695=483025 ≡ 292 mod 941

64: 60764=60732+32=60732⋅60732 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 574 mod 941

128: 607128=60764+64=60764⋅60764 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 126 mod 941

607193

= 607128+64+1

= 607128⋅60764⋅6071

126 ⋅ 574 ⋅ 607 mod 941
72324 ⋅ 607 mod 941 ≡ 808 ⋅ 607 mod 941
490456 mod 941 ≡ 195 mod 941

Es gilt also: 607193 ≡ 195 mod 941

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 26.

Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 26

=>59 = 2⋅26 + 7
=>26 = 3⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,26)=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= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 26-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(26 -3⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅26 -9⋅ 7)
= 3⋅26 -11⋅ 7 (=1)
7= 59-2⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅26 -11⋅(59 -2⋅ 26)
= 3⋅26 -11⋅59 +22⋅ 26)
= -11⋅59 +25⋅ 26 (=1)

Es gilt also: ggt(59,26)=1 = -11⋅59 +25⋅26

oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅59 = +25⋅26

Es gilt also: 25⋅26 = 11⋅59 +1

Somit 25⋅26 = 1 mod 59

25 ist also das Inverse von 26 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.