Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 + 82) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 + 82) mod 4 ≡ (83 mod 4 + 82 mod 4) mod 4.

83 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80+3 = 4 ⋅ 20 +3.

82 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80+2 = 4 ⋅ 20 +2.

Somit gilt:

(83 + 82) mod 4 ≡ (3 + 2) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (91 ⋅ 49) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(91 ⋅ 49) mod 3 ≡ (91 mod 3 ⋅ 49 mod 3) mod 3.

91 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 30 ⋅ 3 + 1 ist.

49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(91 ⋅ 49) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25764 mod 383.

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. 257 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 2571=257

2: 2572=2571+1=2571⋅2571 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 173 mod 383

4: 2574=2572+2=2572⋅2572 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 55 mod 383

8: 2578=2574+4=2574⋅2574 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 344 mod 383

16: 25716=2578+8=2578⋅2578 ≡ 344⋅344=118336 ≡ 372 mod 383

32: 25732=25716+16=25716⋅25716 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 121 mod 383

64: 25764=25732+32=25732⋅25732 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 87 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 693251 mod 991.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:

251 = 128+64+32+16+8+2+1

1: 6931=693

2: 6932=6931+1=6931⋅6931 ≡ 693⋅693=480249 ≡ 605 mod 991

4: 6934=6932+2=6932⋅6932 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 346 mod 991

8: 6938=6934+4=6934⋅6934 ≡ 346⋅346=119716 ≡ 796 mod 991

16: 69316=6938+8=6938⋅6938 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 367 mod 991

32: 69332=69316+16=69316⋅69316 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 904 mod 991

64: 69364=69332+32=69332⋅69332 ≡ 904⋅904=817216 ≡ 632 mod 991

128: 693128=69364+64=69364⋅69364 ≡ 632⋅632=399424 ≡ 51 mod 991

693251

= 693128+64+32+16+8+2+1

= 693128⋅69364⋅69332⋅69316⋅6938⋅6932⋅6931

51 ⋅ 632 ⋅ 904 ⋅ 367 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991
32232 ⋅ 904 ⋅ 367 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991 ≡ 520 ⋅ 904 ⋅ 367 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991
470080 ⋅ 367 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991 ≡ 346 ⋅ 367 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991
126982 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991 ≡ 134 ⋅ 796 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991
106664 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991 ≡ 627 ⋅ 605 ⋅ 693 mod 991
379335 ⋅ 693 mod 991 ≡ 773 ⋅ 693 mod 991
535689 mod 991 ≡ 549 mod 991

Es gilt also: 693251 ≡ 549 mod 991

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 50

=>53 = 1⋅50 + 3
=>50 = 16⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,50)=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= 3-1⋅2
2= 50-16⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(50 -16⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅50 +16⋅ 3)
= -1⋅50 +17⋅ 3 (=1)
3= 53-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅50 +17⋅(53 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +17⋅53 -17⋅ 50)
= 17⋅53 -18⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(53,50)=1 = 17⋅53 -18⋅50

oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅53 = -18⋅50

-18⋅50 = -17⋅53 + 1 |+53⋅50

-18⋅50 + 53⋅50 = -17⋅53 + 53⋅50 + 1

(-18 + 53) ⋅ 50 = (-17 + 50) ⋅ 53 + 1

35⋅50 = 33⋅53 + 1

Es gilt also: 35⋅50 = 33⋅53 +1

Somit 35⋅50 = 1 mod 53

35 ist also das Inverse von 50 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.