Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1200 - 1497) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1200 - 1497) mod 3 ≡ (1200 mod 3 - 1497 mod 3) mod 3.

1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 3 ⋅ 400 +0.

1497 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1497 = 1500-3 = 3 ⋅ 500 -3 = 3 ⋅ 500 - 3 + 0.

Somit gilt:

(1200 - 1497) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 59) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 59) mod 7 ≡ (32 mod 7 ⋅ 59 mod 7) mod 7.

32 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 28 + 4 = 4 ⋅ 7 + 4 ist.

59 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 8 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 59) mod 7 ≡ (4 ⋅ 3) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 318128 mod 409.

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. 318 -> x
2. mod(x²,409) -> 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: 3181=318

2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 101 mod 409

4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 385 mod 409

8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 167 mod 409

16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 77 mod 409

32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 203 mod 409

64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 309 mod 409

128: 318128=31864+64=31864⋅31864 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 184 mod 409

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 405108 mod 823.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 108 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 108 an und zerlegen 108 in eine Summer von 2er-Potenzen:

108 = 64+32+8+4

1: 4051=405

2: 4052=4051+1=4051⋅4051 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 248 mod 823

4: 4054=4052+2=4052⋅4052 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 602 mod 823

8: 4058=4054+4=4054⋅4054 ≡ 602⋅602=362404 ≡ 284 mod 823

16: 40516=4058+8=4058⋅4058 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 2 mod 823

32: 40532=40516+16=40516⋅40516 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 823

64: 40564=40532+32=40532⋅40532 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 823

405108

= 40564+32+8+4

= 40564⋅40532⋅4058⋅4054

≡ 16 ⋅ 4 ⋅ 284 ⋅ 602 mod 823
≡ 64 ⋅ 284 ⋅ 602 mod 823
≡ 18176 ⋅ 602 mod 823 ≡ 70 ⋅ 602 mod 823
≡ 42140 mod 823 ≡ 167 mod 823

Es gilt also: 405108 ≡ 167 mod 823

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 52

=>83 = 1⋅52 + 31
=>52 = 1⋅31 + 21
=>31 = 1⋅21 + 10
=>21 = 2⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,52)=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= 21-2⋅10
10= 31-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -2⋅(31 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -2⋅31 +2⋅ 21)
= -2⋅31 +3⋅ 21 (=1)
21= 52-1⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅31 +3⋅(52 -1⋅ 31)
= -2⋅31 +3⋅52 -3⋅ 31)
= 3⋅52 -5⋅ 31 (=1)
31= 83-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅52 -5⋅(83 -1⋅ 52)
= 3⋅52 -5⋅83 +5⋅ 52)
= -5⋅83 +8⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(83,52)=1 = -5⋅83 +8⋅52

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

1 +5⋅83 = +8⋅52

Es gilt also: 8⋅52 = 5⋅83 +1

Somit 8⋅52 = 1 mod 83

8 ist also das Inverse von 52 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.