Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (11999 + 606) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(11999 + 606) mod 6 ≡ (11999 mod 6 + 606 mod 6) mod 6.

11999 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11999 = 12000-1 = 6 ⋅ 2000 -1 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 5.

606 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 606 = 600+6 = 6 ⋅ 100 +6.

Somit gilt:

(11999 + 606) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 22) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 22) mod 3 ≡ (67 mod 3 ⋅ 22 mod 3) mod 3.

67 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 66 + 1 = 22 ⋅ 3 + 1 ist.

22 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 21 + 1 = 7 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 22) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2428 mod 701.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 242 -> x
2. mod(x²,701) -> 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: 2421=242

2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 381 mod 701

4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 54 mod 701

8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 112 mod 701

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 334217 mod 769.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 217 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 217 an und zerlegen 217 in eine Summer von 2er-Potenzen:

217 = 128+64+16+8+1

1: 3341=334

2: 3342=3341+1=3341⋅3341 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 51 mod 769

4: 3344=3342+2=3342⋅3342 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 294 mod 769

8: 3348=3344+4=3344⋅3344 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 308 mod 769

16: 33416=3348+8=3348⋅3348 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 277 mod 769

32: 33432=33416+16=33416⋅33416 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 598 mod 769

64: 33464=33432+32=33432⋅33432 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 19 mod 769

128: 334128=33464+64=33464⋅33464 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 769

334217

= 334128+64+16+8+1

= 334128⋅33464⋅33416⋅3348⋅3341

361 ⋅ 19 ⋅ 277 ⋅ 308 ⋅ 334 mod 769
6859 ⋅ 277 ⋅ 308 ⋅ 334 mod 769 ≡ 707 ⋅ 277 ⋅ 308 ⋅ 334 mod 769
195839 ⋅ 308 ⋅ 334 mod 769 ≡ 513 ⋅ 308 ⋅ 334 mod 769
158004 ⋅ 334 mod 769 ≡ 359 ⋅ 334 mod 769
119906 mod 769 ≡ 711 mod 769

Es gilt also: 334217 ≡ 711 mod 769

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 58.

Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 58

=>79 = 1⋅58 + 21
=>58 = 2⋅21 + 16
=>21 = 1⋅16 + 5
=>16 = 3⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,58)=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= 16-3⋅5
5= 21-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -3⋅(21 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -3⋅21 +3⋅ 16)
= -3⋅21 +4⋅ 16 (=1)
16= 58-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅21 +4⋅(58 -2⋅ 21)
= -3⋅21 +4⋅58 -8⋅ 21)
= 4⋅58 -11⋅ 21 (=1)
21= 79-1⋅58 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅58 -11⋅(79 -1⋅ 58)
= 4⋅58 -11⋅79 +11⋅ 58)
= -11⋅79 +15⋅ 58 (=1)

Es gilt also: ggt(79,58)=1 = -11⋅79 +15⋅58

oder wenn man -11⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅79 = +15⋅58

Es gilt also: 15⋅58 = 11⋅79 +1

Somit 15⋅58 = 1 mod 79

15 ist also das Inverse von 58 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.