Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2503 - 2001) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2503 - 2001) mod 5 ≡ (2503 mod 5 - 2001 mod 5) mod 5.

2503 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2503 = 2500+3 = 5 ⋅ 500 +3.

2001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2001 = 2000+1 = 5 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(2503 - 2001) mod 5 ≡ (3 - 1) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 42) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 42) mod 9 ≡ (71 mod 9 ⋅ 42 mod 9) mod 9.

71 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 63 + 8 = 7 ⋅ 9 + 8 ist.

42 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 36 + 6 = 4 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 42) mod 9 ≡ (8 ⋅ 6) mod 9 ≡ 48 mod 9 ≡ 3 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 471128 mod 587.

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. 471 -> x
2. mod(x²,587) -> 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: 4711=471

2: 4712=4711+1=4711⋅4711 ≡ 471⋅471=221841 ≡ 542 mod 587

4: 4714=4712+2=4712⋅4712 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 264 mod 587

8: 4718=4714+4=4714⋅4714 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 430 mod 587

16: 47116=4718+8=4718⋅4718 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 582 mod 587

32: 47132=47116+16=47116⋅47116 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 25 mod 587

64: 47164=47132+32=47132⋅47132 ≡ 25⋅25=625 ≡ 38 mod 587

128: 471128=47164+64=47164⋅47164 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 270 mod 587

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 175201 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 1751=175

2: 1752=1751+1=1751⋅1751 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 183 mod 491

4: 1754=1752+2=1752⋅1752 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491

8: 1758=1754+4=1754⋅1754 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491

16: 17516=1758+8=1758⋅1758 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 316 mod 491

32: 17532=17516+16=17516⋅17516 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 183 mod 491

64: 17564=17532+32=17532⋅17532 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 101 mod 491

128: 175128=17564+64=17564⋅17564 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 381 mod 491

175201

= 175128+64+8+1

= 175128⋅17564⋅1758⋅1751

381 ⋅ 101 ⋅ 381 ⋅ 175 mod 491
38481 ⋅ 381 ⋅ 175 mod 491 ≡ 183 ⋅ 381 ⋅ 175 mod 491
69723 ⋅ 175 mod 491 ≡ 1 ⋅ 175 mod 491
175 mod 491

Es gilt also: 175201 ≡ 175 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 75.

Also bestimme x, so dass 75 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 75

=>97 = 1⋅75 + 22
=>75 = 3⋅22 + 9
=>22 = 2⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,75)=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= 9-2⋅4
4= 22-2⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(22 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅22 +4⋅ 9)
= -2⋅22 +5⋅ 9 (=1)
9= 75-3⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +5⋅(75 -3⋅ 22)
= -2⋅22 +5⋅75 -15⋅ 22)
= 5⋅75 -17⋅ 22 (=1)
22= 97-1⋅75 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅75 -17⋅(97 -1⋅ 75)
= 5⋅75 -17⋅97 +17⋅ 75)
= -17⋅97 +22⋅ 75 (=1)

Es gilt also: ggt(97,75)=1 = -17⋅97 +22⋅75

oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅97 = +22⋅75

Es gilt also: 22⋅75 = 17⋅97 +1

Somit 22⋅75 = 1 mod 97

22 ist also das Inverse von 75 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.