Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (499 + 10004) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(499 + 10004) mod 5 ≡ (499 mod 5 + 10004 mod 5) mod 5.

499 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 499 = 400+99 = 5 ⋅ 80 +99.

10004 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 10004 = 10000+4 = 5 ⋅ 2000 +4.

Somit gilt:

(499 + 10004) mod 5 ≡ (4 + 4) mod 5 ≡ 8 mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 89) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 89) mod 6 ≡ (90 mod 6 ⋅ 89 mod 6) mod 6.

90 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 15 ⋅ 6 + 0 ist.

89 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 84 + 5 = 14 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 89) mod 6 ≡ (0 ⋅ 5) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 62364 mod 701.

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. 623 -> 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: 6231=623

2: 6232=6231+1=6231⋅6231 ≡ 623⋅623=388129 ≡ 476 mod 701

4: 6234=6232+2=6232⋅6232 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 153 mod 701

8: 6238=6234+4=6234⋅6234 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 276 mod 701

16: 62316=6238+8=6238⋅6238 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 468 mod 701

32: 62332=62316+16=62316⋅62316 ≡ 468⋅468=219024 ≡ 312 mod 701

64: 62364=62332+32=62332⋅62332 ≡ 312⋅312=97344 ≡ 606 mod 701

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 377154 mod 811.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 154 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 154 an und zerlegen 154 in eine Summer von 2er-Potenzen:

154 = 128+16+8+2

1: 3771=377

2: 3772=3771+1=3771⋅3771 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 204 mod 811

4: 3774=3772+2=3772⋅3772 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 255 mod 811

8: 3778=3774+4=3774⋅3774 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 145 mod 811

16: 37716=3778+8=3778⋅3778 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 750 mod 811

32: 37732=37716+16=37716⋅37716 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 477 mod 811

64: 37764=37732+32=37732⋅37732 ≡ 477⋅477=227529 ≡ 449 mod 811

128: 377128=37764+64=37764⋅37764 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 473 mod 811

377154

= 377128+16+8+2

= 377128⋅37716⋅3778⋅3772

473 ⋅ 750 ⋅ 145 ⋅ 204 mod 811
354750 ⋅ 145 ⋅ 204 mod 811 ≡ 343 ⋅ 145 ⋅ 204 mod 811
49735 ⋅ 204 mod 811 ≡ 264 ⋅ 204 mod 811
53856 mod 811 ≡ 330 mod 811

Es gilt also: 377154 ≡ 330 mod 811

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 29

=>53 = 1⋅29 + 24
=>29 = 1⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,29)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 29-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(29 -1⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅29 -5⋅ 24)
= 5⋅29 -6⋅ 24 (=1)
24= 53-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅29 -6⋅(53 -1⋅ 29)
= 5⋅29 -6⋅53 +6⋅ 29)
= -6⋅53 +11⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(53,29)=1 = -6⋅53 +11⋅29

oder wenn man -6⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +6⋅53 = +11⋅29

Es gilt also: 11⋅29 = 6⋅53 +1

Somit 11⋅29 = 1 mod 53

11 ist also das Inverse von 29 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.