Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (16001 + 15999) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(16001 + 15999) mod 4 ≡ (16001 mod 4 + 15999 mod 4) mod 4.

16001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16001 = 16000+1 = 4 ⋅ 4000 +1.

15999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15999 = 15000+999 = 4 ⋅ 3750 +999.

Somit gilt:

(16001 + 15999) mod 4 ≡ (1 + 3) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 44) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 44) mod 6 ≡ (71 mod 6 ⋅ 44 mod 6) mod 6.

71 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 11 ⋅ 6 + 5 ist.

44 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 42 + 2 = 7 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 44) mod 6 ≡ (5 ⋅ 2) mod 6 ≡ 10 mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3808 mod 439.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 380 -> 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: 3801=380

2: 3802=3801+1=3801⋅3801 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 408 mod 439

4: 3804=3802+2=3802⋅3802 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 83 mod 439

8: 3808=3804+4=3804⋅3804 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 304 mod 439

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 163231 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 1631=163

2: 1632=1631+1=1631⋅1631 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 156 mod 433

4: 1634=1632+2=1632⋅1632 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 88 mod 433

8: 1638=1634+4=1634⋅1634 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 383 mod 433

16: 16316=1638+8=1638⋅1638 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 335 mod 433

32: 16332=16316+16=16316⋅16316 ≡ 335⋅335=112225 ≡ 78 mod 433

64: 16364=16332+32=16332⋅16332 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 22 mod 433

128: 163128=16364+64=16364⋅16364 ≡ 22⋅22=484 ≡ 51 mod 433

163231

= 163128+64+32+4+2+1

= 163128⋅16364⋅16332⋅1634⋅1632⋅1631

51 ⋅ 22 ⋅ 78 ⋅ 88 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433
1122 ⋅ 78 ⋅ 88 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433 ≡ 256 ⋅ 78 ⋅ 88 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433
19968 ⋅ 88 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433 ≡ 50 ⋅ 88 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433
4400 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433 ≡ 70 ⋅ 156 ⋅ 163 mod 433
10920 ⋅ 163 mod 433 ≡ 95 ⋅ 163 mod 433
15485 mod 433 ≡ 330 mod 433

Es gilt also: 163231 ≡ 330 mod 433

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 69.

Also bestimme x, so dass 69 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 69

=>97 = 1⋅69 + 28
=>69 = 2⋅28 + 13
=>28 = 2⋅13 + 2
=>13 = 6⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,69)=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= 13-6⋅2
2= 28-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -6⋅(28 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -6⋅28 +12⋅ 13)
= -6⋅28 +13⋅ 13 (=1)
13= 69-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅28 +13⋅(69 -2⋅ 28)
= -6⋅28 +13⋅69 -26⋅ 28)
= 13⋅69 -32⋅ 28 (=1)
28= 97-1⋅69 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅69 -32⋅(97 -1⋅ 69)
= 13⋅69 -32⋅97 +32⋅ 69)
= -32⋅97 +45⋅ 69 (=1)

Es gilt also: ggt(97,69)=1 = -32⋅97 +45⋅69

oder wenn man -32⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +32⋅97 = +45⋅69

Es gilt also: 45⋅69 = 32⋅97 +1

Somit 45⋅69 = 1 mod 97

45 ist also das Inverse von 69 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.