Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (156 + 31993) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(156 + 31993) mod 8 ≡ (156 mod 8 + 31993 mod 8) mod 8.

156 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 156 = 160-4 = 8 ⋅ 20 -4 = 8 ⋅ 20 - 8 + 4.

31993 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31993 = 31000+993 = 8 ⋅ 3875 +993.

Somit gilt:

(156 + 31993) mod 8 ≡ (4 + 1) mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 43) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 43) mod 7 ≡ (63 mod 7 ⋅ 43 mod 7) mod 7.

63 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 63 + 0 = 9 ⋅ 7 + 0 ist.

43 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 6 ⋅ 7 + 1 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 43) mod 7 ≡ (0 ⋅ 1) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 126128 mod 307.

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. 126 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1261=126

2: 1262=1261+1=1261⋅1261 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 219 mod 307

4: 1264=1262+2=1262⋅1262 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 69 mod 307

8: 1268=1264+4=1264⋅1264 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 156 mod 307

16: 12616=1268+8=1268⋅1268 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 83 mod 307

32: 12632=12616+16=12616⋅12616 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 135 mod 307

64: 12664=12632+32=12632⋅12632 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 112 mod 307

128: 126128=12664+64=12664⋅12664 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 264 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 187229 mod 353.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 229 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 229 an und zerlegen 229 in eine Summer von 2er-Potenzen:

229 = 128+64+32+4+1

1: 1871=187

2: 1872=1871+1=1871⋅1871 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 22 mod 353

4: 1874=1872+2=1872⋅1872 ≡ 22⋅22=484 ≡ 131 mod 353

8: 1878=1874+4=1874⋅1874 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 217 mod 353

16: 18716=1878+8=1878⋅1878 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 140 mod 353

32: 18732=18716+16=18716⋅18716 ≡ 140⋅140=19600 ≡ 185 mod 353

64: 18764=18732+32=18732⋅18732 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 337 mod 353

128: 187128=18764+64=18764⋅18764 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 256 mod 353

187229

= 187128+64+32+4+1

= 187128⋅18764⋅18732⋅1874⋅1871

256 ⋅ 337 ⋅ 185 ⋅ 131 ⋅ 187 mod 353
86272 ⋅ 185 ⋅ 131 ⋅ 187 mod 353 ≡ 140 ⋅ 185 ⋅ 131 ⋅ 187 mod 353
25900 ⋅ 131 ⋅ 187 mod 353 ≡ 131 ⋅ 131 ⋅ 187 mod 353
17161 ⋅ 187 mod 353 ≡ 217 ⋅ 187 mod 353
40579 mod 353 ≡ 337 mod 353

Es gilt also: 187229 ≡ 337 mod 353

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 35

=>61 = 1⋅35 + 26
=>35 = 1⋅26 + 9
=>26 = 2⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,35)=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= 9-1⋅8
8= 26-2⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(26 -2⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅26 +2⋅ 9)
= -1⋅26 +3⋅ 9 (=1)
9= 35-1⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅26 +3⋅(35 -1⋅ 26)
= -1⋅26 +3⋅35 -3⋅ 26)
= 3⋅35 -4⋅ 26 (=1)
26= 61-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅35 -4⋅(61 -1⋅ 35)
= 3⋅35 -4⋅61 +4⋅ 35)
= -4⋅61 +7⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(61,35)=1 = -4⋅61 +7⋅35

oder wenn man -4⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +4⋅61 = +7⋅35

Es gilt also: 7⋅35 = 4⋅61 +1

Somit 7⋅35 = 1 mod 61

7 ist also das Inverse von 35 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.