Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35004 + 2795) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35004 + 2795) mod 7 ≡ (35004 mod 7 + 2795 mod 7) mod 7.

35004 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35004 = 35000+4 = 7 ⋅ 5000 +4.

2795 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2795 = 2800-5 = 7 ⋅ 400 -5 = 7 ⋅ 400 - 7 + 2.

Somit gilt:

(35004 + 2795) mod 7 ≡ (4 + 2) mod 7 ≡ 6 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (49 ⋅ 32) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(49 ⋅ 32) mod 8 ≡ (49 mod 8 ⋅ 32 mod 8) mod 8.

49 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 6 ⋅ 8 + 1 ist.

32 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 4 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(49 ⋅ 32) mod 8 ≡ (1 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 40564 mod 857.

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. 405 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 4051=405

2: 4052=4051+1=4051⋅4051 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 338 mod 857

4: 4054=4052+2=4052⋅4052 ≡ 338⋅338=114244 ≡ 263 mod 857

8: 4058=4054+4=4054⋅4054 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 609 mod 857

16: 40516=4058+8=4058⋅4058 ≡ 609⋅609=370881 ≡ 657 mod 857

32: 40532=40516+16=40516⋅40516 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 578 mod 857

64: 40564=40532+32=40532⋅40532 ≡ 578⋅578=334084 ≡ 711 mod 857

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 299221 mod 593.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:

221 = 128+64+16+8+4+1

1: 2991=299

2: 2992=2991+1=2991⋅2991 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 451 mod 593

4: 2994=2992+2=2992⋅2992 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 2 mod 593

8: 2998=2994+4=2994⋅2994 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 593

16: 29916=2998+8=2998⋅2998 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 593

32: 29932=29916+16=29916⋅29916 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 593

64: 29964=29932+32=29932⋅29932 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 306 mod 593

128: 299128=29964+64=29964⋅29964 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 535 mod 593

299221

= 299128+64+16+8+4+1

= 299128⋅29964⋅29916⋅2998⋅2994⋅2991

535 ⋅ 306 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593
163710 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593 ≡ 42 ⋅ 16 ⋅ 4 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593
672 ⋅ 4 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593 ≡ 79 ⋅ 4 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593
316 ⋅ 2 ⋅ 299 mod 593
632 ⋅ 299 mod 593 ≡ 39 ⋅ 299 mod 593
11661 mod 593 ≡ 394 mod 593

Es gilt also: 299221 ≡ 394 mod 593

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59

=>79 = 1⋅59 + 20
=>59 = 2⋅20 + 19
=>20 = 1⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19
19= 59-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20)
= -1⋅59 +3⋅ 20 (=1)
20= 79-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59)
= 3⋅79 -4⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59

oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅79 = -4⋅59

-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59

-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1

(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1

75⋅59 = 56⋅79 + 1

Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1

Somit 75⋅59 = 1 mod 79

75 ist also das Inverse von 59 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.