Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23996 - 18000) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23996 - 18000) mod 6 ≡ (23996 mod 6 - 18000 mod 6) mod 6.

23996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23996 = 24000-4 = 6 ⋅ 4000 -4 = 6 ⋅ 4000 - 6 + 2.

18000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18000 = 18000+0 = 6 ⋅ 3000 +0.

Somit gilt:

(23996 - 18000) mod 6 ≡ (2 - 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (82 ⋅ 100) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(82 ⋅ 100) mod 10 ≡ (82 mod 10 ⋅ 100 mod 10) mod 10.

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

100 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100 + 0 = 10 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(82 ⋅ 100) mod 10 ≡ (2 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25032 mod 397.

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. 250 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 2501=250

2: 2502=2501+1=2501⋅2501 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 171 mod 397

4: 2504=2502+2=2502⋅2502 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 260 mod 397

8: 2508=2504+4=2504⋅2504 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 110 mod 397

16: 25016=2508+8=2508⋅2508 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 190 mod 397

32: 25032=25016+16=25016⋅25016 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 370 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 380183 mod 587.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 3801=380

2: 3802=3801+1=3801⋅3801 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 585 mod 587

4: 3804=3802+2=3802⋅3802 ≡ 585⋅585=342225 ≡ 4 mod 587

8: 3808=3804+4=3804⋅3804 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 587

16: 38016=3808+8=3808⋅3808 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 587

32: 38032=38016+16=38016⋅38016 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 379 mod 587

64: 38064=38032+32=38032⋅38032 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 413 mod 587

128: 380128=38064+64=38064⋅38064 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 339 mod 587

380183

= 380128+32+16+4+2+1

= 380128⋅38032⋅38016⋅3804⋅3802⋅3801

339 ⋅ 379 ⋅ 256 ⋅ 4 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587
128481 ⋅ 256 ⋅ 4 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587 ≡ 515 ⋅ 256 ⋅ 4 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587
131840 ⋅ 4 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587 ≡ 352 ⋅ 4 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587
1408 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587 ≡ 234 ⋅ 585 ⋅ 380 mod 587
136890 ⋅ 380 mod 587 ≡ 119 ⋅ 380 mod 587
45220 mod 587 ≡ 21 mod 587

Es gilt also: 380183 ≡ 21 mod 587

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 48

=>59 = 1⋅48 + 11
=>48 = 4⋅11 + 4
=>11 = 2⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,48)=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= 11-2⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(11 -2⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅11 +2⋅ 4)
= -1⋅11 +3⋅ 4 (=1)
4= 48-4⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +3⋅(48 -4⋅ 11)
= -1⋅11 +3⋅48 -12⋅ 11)
= 3⋅48 -13⋅ 11 (=1)
11= 59-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅48 -13⋅(59 -1⋅ 48)
= 3⋅48 -13⋅59 +13⋅ 48)
= -13⋅59 +16⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(59,48)=1 = -13⋅59 +16⋅48

oder wenn man -13⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅59 = +16⋅48

Es gilt also: 16⋅48 = 13⋅59 +1

Somit 16⋅48 = 1 mod 59

16 ist also das Inverse von 48 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.