Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (6003 + 24002) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(6003 + 24002) mod 6 ≡ (6003 mod 6 + 24002 mod 6) mod 6.

6003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6003 = 6000+3 = 6 ⋅ 1000 +3.

24002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24002 = 24000+2 = 6 ⋅ 4000 +2.

Somit gilt:

(6003 + 24002) mod 6 ≡ (3 + 2) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 44) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 44) mod 11 ≡ (58 mod 11 ⋅ 44 mod 11) mod 11.

58 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 5 ⋅ 11 + 3 ist.

44 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 44 + 0 = 4 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 44) mod 11 ≡ (3 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20632 mod 563.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 206 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 211 mod 563

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 211⋅211=44521 ≡ 44 mod 563

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 247 mod 563

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 205 mod 563

32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 363 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 264252 mod 379.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 252 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 252 an und zerlegen 252 in eine Summer von 2er-Potenzen:

252 = 128+64+32+16+8+4

1: 2641=264

2: 2642=2641+1=2641⋅2641 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 339 mod 379

4: 2644=2642+2=2642⋅2642 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 84 mod 379

8: 2648=2644+4=2644⋅2644 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 234 mod 379

16: 26416=2648+8=2648⋅2648 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 180 mod 379

32: 26432=26416+16=26416⋅26416 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 185 mod 379

64: 26464=26432+32=26432⋅26432 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 115 mod 379

128: 264128=26464+64=26464⋅26464 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 339 mod 379

264252

= 264128+64+32+16+8+4

= 264128⋅26464⋅26432⋅26416⋅2648⋅2644

339 ⋅ 115 ⋅ 185 ⋅ 180 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379
38985 ⋅ 185 ⋅ 180 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379 ≡ 327 ⋅ 185 ⋅ 180 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379
60495 ⋅ 180 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379 ≡ 234 ⋅ 180 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379
42120 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379 ≡ 51 ⋅ 234 ⋅ 84 mod 379
11934 ⋅ 84 mod 379 ≡ 185 ⋅ 84 mod 379
15540 mod 379 ≡ 1 mod 379

Es gilt also: 264252 ≡ 1 mod 379

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 86

=>89 = 1⋅86 + 3
=>86 = 28⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,86)=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= 3-1⋅2
2= 86-28⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(86 -28⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅86 +28⋅ 3)
= -1⋅86 +29⋅ 3 (=1)
3= 89-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅86 +29⋅(89 -1⋅ 86)
= -1⋅86 +29⋅89 -29⋅ 86)
= 29⋅89 -30⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(89,86)=1 = 29⋅89 -30⋅86

oder wenn man 29⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -29⋅89 = -30⋅86

-30⋅86 = -29⋅89 + 1 |+89⋅86

-30⋅86 + 89⋅86 = -29⋅89 + 89⋅86 + 1

(-30 + 89) ⋅ 86 = (-29 + 86) ⋅ 89 + 1

59⋅86 = 57⋅89 + 1

Es gilt also: 59⋅86 = 57⋅89 +1

Somit 59⋅86 = 1 mod 89

59 ist also das Inverse von 86 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.