Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (89 + 31) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(89 + 31) mod 3 ≡ (89 mod 3 + 31 mod 3) mod 3.

89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 90-1 = 3 ⋅ 30 -1 = 3 ⋅ 30 - 3 + 2.

31 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 30+1 = 3 ⋅ 10 +1.

Somit gilt:

(89 + 31) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 48) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 48) mod 5 ≡ (67 mod 5 ⋅ 48 mod 5) mod 5.

67 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 65 + 2 = 13 ⋅ 5 + 2 ist.

48 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 45 + 3 = 9 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 48) mod 5 ≡ (2 ⋅ 3) mod 5 ≡ 6 mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24264 mod 787.

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. 242 -> x
2. mod(x²,787) -> 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: 2421=242

2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 326 mod 787

4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 31 mod 787

8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 31⋅31=961 ≡ 174 mod 787

16: 24216=2428+8=2428⋅2428 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 370 mod 787

32: 24232=24216+16=24216⋅24216 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 749 mod 787

64: 24264=24232+32=24232⋅24232 ≡ 749⋅749=561001 ≡ 657 mod 787

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 167190 mod 541.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 190 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 190 an und zerlegen 190 in eine Summer von 2er-Potenzen:

190 = 128+32+16+8+4+2

1: 1671=167

2: 1672=1671+1=1671⋅1671 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 298 mod 541

4: 1674=1672+2=1672⋅1672 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 80 mod 541

8: 1678=1674+4=1674⋅1674 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 449 mod 541

16: 16716=1678+8=1678⋅1678 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 349 mod 541

32: 16732=16716+16=16716⋅16716 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 76 mod 541

64: 16764=16732+32=16732⋅16732 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 366 mod 541

128: 167128=16764+64=16764⋅16764 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 329 mod 541

167190

= 167128+32+16+8+4+2

= 167128⋅16732⋅16716⋅1678⋅1674⋅1672

≡ 329 ⋅ 76 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 25004 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 118 ⋅ 349 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 41182 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 66 ⋅ 449 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 29634 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541 ≡ 420 ⋅ 80 ⋅ 298 mod 541
≡ 33600 ⋅ 298 mod 541 ≡ 58 ⋅ 298 mod 541
≡ 17284 mod 541 ≡ 513 mod 541

Es gilt also: 167190 ≡ 513 mod 541

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 4-1⋅3
3= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.