Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (182 + 123) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(182 + 123) mod 6 ≡ (182 mod 6 + 123 mod 6) mod 6.

182 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 182 = 180+2 = 6 ⋅ 30 +2.

123 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 123 = 120+3 = 6 ⋅ 20 +3.

Somit gilt:

(182 + 123) mod 6 ≡ (2 + 3) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (65 ⋅ 82) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(65 ⋅ 82) mod 8 ≡ (65 mod 8 ⋅ 82 mod 8) mod 8.

65 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 64 + 1 = 8 ⋅ 8 + 1 ist.

82 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 10 ⋅ 8 + 2 ist.

Somit gilt:

(65 ⋅ 82) mod 8 ≡ (1 ⋅ 2) mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 237128 mod 547.

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. 237 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 2371=237

2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 375 mod 547

4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 46 mod 547

8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 475 mod 547

16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 475⋅475=225625 ≡ 261 mod 547

32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 293 mod 547

64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 517 mod 547

128: 237128=23764+64=23764⋅23764 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 353 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22986 mod 587.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 86 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 86 an und zerlegen 86 in eine Summer von 2er-Potenzen:

86 = 64+16+4+2

1: 2291=229

2: 2292=2291+1=2291⋅2291 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 198 mod 587

4: 2294=2292+2=2292⋅2292 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 462 mod 587

8: 2298=2294+4=2294⋅2294 ≡ 462⋅462=213444 ≡ 363 mod 587

16: 22916=2298+8=2298⋅2298 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 281 mod 587

32: 22932=22916+16=22916⋅22916 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 303 mod 587

64: 22964=22932+32=22932⋅22932 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 237 mod 587

22986

= 22964+16+4+2

= 22964⋅22916⋅2294⋅2292

237 ⋅ 281 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587
66597 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587 ≡ 266 ⋅ 462 ⋅ 198 mod 587
122892 ⋅ 198 mod 587 ≡ 209 ⋅ 198 mod 587
41382 mod 587 ≡ 292 mod 587

Es gilt also: 22986 ≡ 292 mod 587

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 31

=>59 = 1⋅31 + 28
=>31 = 1⋅28 + 3
=>28 = 9⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,31)=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= 28-9⋅3
3= 31-1⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅28 -9⋅(31 -1⋅ 28)
= 1⋅28 -9⋅31 +9⋅ 28)
= -9⋅31 +10⋅ 28 (=1)
28= 59-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅31 +10⋅(59 -1⋅ 31)
= -9⋅31 +10⋅59 -10⋅ 31)
= 10⋅59 -19⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(59,31)=1 = 10⋅59 -19⋅31

oder wenn man 10⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅59 = -19⋅31

-19⋅31 = -10⋅59 + 1 |+59⋅31

-19⋅31 + 59⋅31 = -10⋅59 + 59⋅31 + 1

(-19 + 59) ⋅ 31 = (-10 + 31) ⋅ 59 + 1

40⋅31 = 21⋅59 + 1

Es gilt also: 40⋅31 = 21⋅59 +1

Somit 40⋅31 = 1 mod 59

40 ist also das Inverse von 31 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.