Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1602 + 7995) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1602 + 7995) mod 8 ≡ (1602 mod 8 + 7995 mod 8) mod 8.

1602 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1602 = 1600+2 = 8 ⋅ 200 +2.

7995 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7995 = 7000+995 = 8 ⋅ 875 +995.

Somit gilt:

(1602 + 7995) mod 8 ≡ (2 + 3) mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 34) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 34) mod 8 ≡ (71 mod 8 ⋅ 34 mod 8) mod 8.

71 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 64 + 7 = 8 ⋅ 8 + 7 ist.

34 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 32 + 2 = 4 ⋅ 8 + 2 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 34) mod 8 ≡ (7 ⋅ 2) mod 8 ≡ 14 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 99128 mod 271.

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. 99 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 991=99

2: 992=991+1=991⋅991 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 45 mod 271

4: 994=992+2=992⋅992 ≡ 45⋅45=2025 ≡ 128 mod 271

8: 998=994+4=994⋅994 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 124 mod 271

16: 9916=998+8=998⋅998 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 200 mod 271

32: 9932=9916+16=9916⋅9916 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 163 mod 271

64: 9964=9932+32=9932⋅9932 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 11 mod 271

128: 99128=9964+64=9964⋅9964 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 15495 mod 283.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:

95 = 64+16+8+4+2+1

1: 1541=154

2: 1542=1541+1=1541⋅1541 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 227 mod 283

4: 1544=1542+2=1542⋅1542 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 23 mod 283

8: 1548=1544+4=1544⋅1544 ≡ 23⋅23=529 ≡ 246 mod 283

16: 15416=1548+8=1548⋅1548 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 237 mod 283

32: 15432=15416+16=15416⋅15416 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 135 mod 283

64: 15464=15432+32=15432⋅15432 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 113 mod 283

15495

= 15464+16+8+4+2+1

= 15464⋅15416⋅1548⋅1544⋅1542⋅1541

113 ⋅ 237 ⋅ 246 ⋅ 23 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283
26781 ⋅ 246 ⋅ 23 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283 ≡ 179 ⋅ 246 ⋅ 23 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283
44034 ⋅ 23 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283 ≡ 169 ⋅ 23 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283
3887 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283 ≡ 208 ⋅ 227 ⋅ 154 mod 283
47216 ⋅ 154 mod 283 ≡ 238 ⋅ 154 mod 283
36652 mod 283 ≡ 145 mod 283

Es gilt also: 15495 ≡ 145 mod 283

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 63

=>79 = 1⋅63 + 16
=>63 = 3⋅16 + 15
=>16 = 1⋅15 + 1
=>15 = 15⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,63)=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= 16-1⋅15
15= 63-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -1⋅(63 -3⋅ 16)
= 1⋅16 -1⋅63 +3⋅ 16)
= -1⋅63 +4⋅ 16 (=1)
16= 79-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +4⋅(79 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +4⋅79 -4⋅ 63)
= 4⋅79 -5⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(79,63)=1 = 4⋅79 -5⋅63

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -5⋅63

-5⋅63 = -4⋅79 + 1 |+79⋅63

-5⋅63 + 79⋅63 = -4⋅79 + 79⋅63 + 1

(-5 + 79) ⋅ 63 = (-4 + 63) ⋅ 79 + 1

74⋅63 = 59⋅79 + 1

Es gilt also: 74⋅63 = 59⋅79 +1

Somit 74⋅63 = 1 mod 79

74 ist also das Inverse von 63 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.