Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14001 + 14007) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14001 + 14007) mod 7 ≡ (14001 mod 7 + 14007 mod 7) mod 7.

14001 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14001 = 14000+1 = 7 ⋅ 2000 +1.

14007 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14007 = 14000+7 = 7 ⋅ 2000 +7.

Somit gilt:

(14001 + 14007) mod 7 ≡ (1 + 0) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 46) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 46) mod 8 ≡ (18 mod 8 ⋅ 46 mod 8) mod 8.

18 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 16 + 2 = 2 ⋅ 8 + 2 ist.

46 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 40 + 6 = 5 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 46) mod 8 ≡ (2 ⋅ 6) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 253128 mod 439.

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. 253 -> x
2. mod(x²,439) -> 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: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 354 mod 439

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 201 mod 439

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 13 mod 439

16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 439

32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 26 mod 439

64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 26⋅26=676 ≡ 237 mod 439

128: 253128=25364+64=25364⋅25364 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 416 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43078 mod 613.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 78 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 78 an und zerlegen 78 in eine Summer von 2er-Potenzen:

78 = 64+8+4+2

1: 4301=430

2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 387 mod 613

4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 197 mod 613

8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 190 mod 613

16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 546 mod 613

32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 546⋅546=298116 ≡ 198 mod 613

64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 585 mod 613

43078

= 43064+8+4+2

= 43064⋅4308⋅4304⋅4302

585 ⋅ 190 ⋅ 197 ⋅ 387 mod 613
111150 ⋅ 197 ⋅ 387 mod 613 ≡ 197 ⋅ 197 ⋅ 387 mod 613
38809 ⋅ 387 mod 613 ≡ 190 ⋅ 387 mod 613
73530 mod 613 ≡ 583 mod 613

Es gilt also: 43078 ≡ 583 mod 613

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 32

=>83 = 2⋅32 + 19
=>32 = 1⋅19 + 13
=>19 = 1⋅13 + 6
=>13 = 2⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,32)=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= 13-2⋅6
6= 19-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -2⋅(19 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -2⋅19 +2⋅ 13)
= -2⋅19 +3⋅ 13 (=1)
13= 32-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅19 +3⋅(32 -1⋅ 19)
= -2⋅19 +3⋅32 -3⋅ 19)
= 3⋅32 -5⋅ 19 (=1)
19= 83-2⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅32 -5⋅(83 -2⋅ 32)
= 3⋅32 -5⋅83 +10⋅ 32)
= -5⋅83 +13⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(83,32)=1 = -5⋅83 +13⋅32

oder wenn man -5⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅83 = +13⋅32

Es gilt also: 13⋅32 = 5⋅83 +1

Somit 13⋅32 = 1 mod 83

13 ist also das Inverse von 32 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.