Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (42 - 196) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(42 - 196) mod 4 ≡ (42 mod 4 - 196 mod 4) mod 4.

42 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 42 = 40+2 = 4 ⋅ 10 +2.

196 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 196 = 200-4 = 4 ⋅ 50 -4 = 4 ⋅ 50 - 4 + 0.

Somit gilt:

(42 - 196) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (23 ⋅ 62) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(23 ⋅ 62) mod 7 ≡ (23 mod 7 ⋅ 62 mod 7) mod 7.

23 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 3 ⋅ 7 + 2 ist.

62 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 56 + 6 = 8 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(23 ⋅ 62) mod 7 ≡ (2 ⋅ 6) mod 7 ≡ 12 mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 101128 mod 211.

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. 101 -> x
2. mod(x²,211) -> 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: 1011=101

2: 1012=1011+1=1011⋅1011 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 73 mod 211

4: 1014=1012+2=1012⋅1012 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 54 mod 211

8: 1018=1014+4=1014⋅1014 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 173 mod 211

16: 10116=1018+8=1018⋅1018 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 178 mod 211

32: 10132=10116+16=10116⋅10116 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 34 mod 211

64: 10164=10132+32=10132⋅10132 ≡ 34⋅34=1156 ≡ 101 mod 211

128: 101128=10164+64=10164⋅10164 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 73 mod 211

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 53479 mod 977.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 79 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 79 an und zerlegen 79 in eine Summer von 2er-Potenzen:

79 = 64+8+4+2+1

1: 5341=534

2: 5342=5341+1=5341⋅5341 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 849 mod 977

4: 5344=5342+2=5342⋅5342 ≡ 849⋅849=720801 ≡ 752 mod 977

8: 5348=5344+4=5344⋅5344 ≡ 752⋅752=565504 ≡ 798 mod 977

16: 53416=5348+8=5348⋅5348 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 777 mod 977

32: 53432=53416+16=53416⋅53416 ≡ 777⋅777=603729 ≡ 920 mod 977

64: 53464=53432+32=53432⋅53432 ≡ 920⋅920=846400 ≡ 318 mod 977

53479

= 53464+8+4+2+1

= 53464⋅5348⋅5344⋅5342⋅5341

≡ 318 ⋅ 798 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 253764 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977 ≡ 721 ⋅ 752 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 542192 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977 ≡ 934 ⋅ 849 ⋅ 534 mod 977
≡ 792966 ⋅ 534 mod 977 ≡ 619 ⋅ 534 mod 977
≡ 330546 mod 977 ≡ 320 mod 977

Es gilt also: 53479 ≡ 320 mod 977

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 50

=>67 = 1⋅50 + 17
=>50 = 2⋅17 + 16
=>17 = 1⋅16 + 1
=>16 = 16⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,50)=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= 17-1⋅16
16= 50-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -1⋅(50 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅50 +2⋅ 17)
= -1⋅50 +3⋅ 17 (=1)
17= 67-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅50 +3⋅(67 -1⋅ 50)
= -1⋅50 +3⋅67 -3⋅ 50)
= 3⋅67 -4⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(67,50)=1 = 3⋅67 -4⋅50

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -4⋅50

-4⋅50 = -3⋅67 + 1 |+67⋅50

-4⋅50 + 67⋅50 = -3⋅67 + 67⋅50 + 1

(-4 + 67) ⋅ 50 = (-3 + 50) ⋅ 67 + 1

63⋅50 = 47⋅67 + 1

Es gilt also: 63⋅50 = 47⋅67 +1

Somit 63⋅50 = 1 mod 67

63 ist also das Inverse von 50 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.