Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (352 - 2105) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(352 - 2105) mod 7 ≡ (352 mod 7 - 2105 mod 7) mod 7.

352 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 352 = 350+2 = 7 ⋅ 50 +2.

2105 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2105 = 2100+5 = 7 ⋅ 300 +5.

Somit gilt:

(352 - 2105) mod 7 ≡ (2 - 5) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 21) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 21) mod 8 ≡ (30 mod 8 ⋅ 21 mod 8) mod 8.

30 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 24 + 6 = 3 ⋅ 8 + 6 ist.

21 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 16 + 5 = 2 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 21) mod 8 ≡ (6 ⋅ 5) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 715128 mod 733.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 715 -> x
2. mod(x²,733) -> 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: 7151=715

2: 7152=7151+1=7151⋅7151 ≡ 715⋅715=511225 ≡ 324 mod 733

4: 7154=7152+2=7152⋅7152 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 157 mod 733

8: 7158=7154+4=7154⋅7154 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 460 mod 733

16: 71516=7158+8=7158⋅7158 ≡ 460⋅460=211600 ≡ 496 mod 733

32: 71532=71516+16=71516⋅71516 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 461 mod 733

64: 71564=71532+32=71532⋅71532 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 684 mod 733

128: 715128=71564+64=71564⋅71564 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 202 mod 733

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 59773 mod 617.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 73 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 73 an und zerlegen 73 in eine Summer von 2er-Potenzen:

73 = 64+8+1

1: 5971=597

2: 5972=5971+1=5971⋅5971 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 400 mod 617

4: 5974=5972+2=5972⋅5972 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 197 mod 617

8: 5978=5974+4=5974⋅5974 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 555 mod 617

16: 59716=5978+8=5978⋅5978 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 142 mod 617

32: 59732=59716+16=59716⋅59716 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 420 mod 617

64: 59764=59732+32=59732⋅59732 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 555 mod 617

59773

= 59764+8+1

= 59764⋅5978⋅5971

555 ⋅ 555 ⋅ 597 mod 617
308025 ⋅ 597 mod 617 ≡ 142 ⋅ 597 mod 617
84774 mod 617 ≡ 245 mod 617

Es gilt also: 59773 ≡ 245 mod 617

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 52

=>73 = 1⋅52 + 21
=>52 = 2⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,52)=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= 21-2⋅10
10= 52-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(52 -2⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅52 +4⋅ 21)
= -2⋅52 +5⋅ 21 (=1)
21= 73-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +5⋅(73 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +5⋅73 -5⋅ 52)
= 5⋅73 -7⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(73,52)=1 = 5⋅73 -7⋅52

oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅73 = -7⋅52

-7⋅52 = -5⋅73 + 1 |+73⋅52

-7⋅52 + 73⋅52 = -5⋅73 + 73⋅52 + 1

(-7 + 73) ⋅ 52 = (-5 + 52) ⋅ 73 + 1

66⋅52 = 47⋅73 + 1

Es gilt also: 66⋅52 = 47⋅73 +1

Somit 66⋅52 = 1 mod 73

66 ist also das Inverse von 52 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.