Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 + 34997) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 + 34997) mod 7 ≡ (65 mod 7 + 34997 mod 7) mod 7.

65 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 70-5 = 7 ⋅ 10 -5 = 7 ⋅ 10 - 7 + 2.

34997 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34997 = 35000-3 = 7 ⋅ 5000 -3 = 7 ⋅ 5000 - 7 + 4.

Somit gilt:

(65 + 34997) mod 7 ≡ (2 + 4) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 20) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 20) mod 11 ≡ (71 mod 11 ⋅ 20 mod 11) mod 11.

71 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 6 ⋅ 11 + 5 ist.

20 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 11 + 9 = 1 ⋅ 11 + 9 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 20) mod 11 ≡ (5 ⋅ 9) mod 11 ≡ 45 mod 11 ≡ 1 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55964 mod 577.

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. 559 -> x
2. mod(x²,577) -> 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: 5591=559

2: 5592=5591+1=5591⋅5591 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 324 mod 577

4: 5594=5592+2=5592⋅5592 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 539 mod 577

8: 5598=5594+4=5594⋅5594 ≡ 539⋅539=290521 ≡ 290 mod 577

16: 55916=5598+8=5598⋅5598 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 435 mod 577

32: 55932=55916+16=55916⋅55916 ≡ 435⋅435=189225 ≡ 546 mod 577

64: 55964=55932+32=55932⋅55932 ≡ 546⋅546=298116 ≡ 384 mod 577

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44572 mod 631.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 72 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 72 an und zerlegen 72 in eine Summer von 2er-Potenzen:

72 = 64+8

1: 4451=445

2: 4452=4451+1=4451⋅4451 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 522 mod 631

4: 4454=4452+2=4452⋅4452 ≡ 522⋅522=272484 ≡ 523 mod 631

8: 4458=4454+4=4454⋅4454 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 306 mod 631

16: 44516=4458+8=4458⋅4458 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 248 mod 631

32: 44532=44516+16=44516⋅44516 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 297 mod 631

64: 44564=44532+32=44532⋅44532 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 500 mod 631

44572

= 44564+8

= 44564⋅4458

500 ⋅ 306 mod 631
153000 mod 631 ≡ 298 mod 631

Es gilt also: 44572 ≡ 298 mod 631

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 34

=>83 = 2⋅34 + 15
=>34 = 2⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,34)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 34-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(34 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅34 -8⋅ 15)
= 4⋅34 -9⋅ 15 (=1)
15= 83-2⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅34 -9⋅(83 -2⋅ 34)
= 4⋅34 -9⋅83 +18⋅ 34)
= -9⋅83 +22⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(83,34)=1 = -9⋅83 +22⋅34

oder wenn man -9⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅83 = +22⋅34

Es gilt also: 22⋅34 = 9⋅83 +1

Somit 22⋅34 = 1 mod 83

22 ist also das Inverse von 34 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.