Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (793 + 2400) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(793 + 2400) mod 8 ≡ (793 mod 8 + 2400 mod 8) mod 8.

793 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 793 = 800-7 = 8 ⋅ 100 -7 = 8 ⋅ 100 - 8 + 1.

2400 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2400 = 2400+0 = 8 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(793 + 2400) mod 8 ≡ (1 + 0) mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 45) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 45) mod 8 ≡ (87 mod 8 ⋅ 45 mod 8) mod 8.

87 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 80 + 7 = 10 ⋅ 8 + 7 ist.

45 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 40 + 5 = 5 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 45) mod 8 ≡ (7 ⋅ 5) mod 8 ≡ 35 mod 8 ≡ 3 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 461128 mod 487.

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. 461 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 4611=461

2: 4612=4611+1=4611⋅4611 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 189 mod 487

4: 4614=4612+2=4612⋅4612 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 170 mod 487

8: 4618=4614+4=4614⋅4614 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 167 mod 487

16: 46116=4618+8=4618⋅4618 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 130 mod 487

32: 46132=46116+16=46116⋅46116 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 342 mod 487

64: 46164=46132+32=46132⋅46132 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 84 mod 487

128: 461128=46164+64=46164⋅46164 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 238 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 128201 mod 373.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 1281=128

2: 1282=1281+1=1281⋅1281 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 345 mod 373

4: 1284=1282+2=1282⋅1282 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 38 mod 373

8: 1288=1284+4=1284⋅1284 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 325 mod 373

16: 12816=1288+8=1288⋅1288 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 66 mod 373

32: 12832=12816+16=12816⋅12816 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 253 mod 373

64: 12864=12832+32=12832⋅12832 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 226 mod 373

128: 128128=12864+64=12864⋅12864 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 348 mod 373

128201

= 128128+64+8+1

= 128128⋅12864⋅1288⋅1281

348 ⋅ 226 ⋅ 325 ⋅ 128 mod 373
78648 ⋅ 325 ⋅ 128 mod 373 ≡ 318 ⋅ 325 ⋅ 128 mod 373
103350 ⋅ 128 mod 373 ≡ 29 ⋅ 128 mod 373
3712 mod 373 ≡ 355 mod 373

Es gilt also: 128201 ≡ 355 mod 373

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 49

=>71 = 1⋅49 + 22
=>49 = 2⋅22 + 5
=>22 = 4⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,49)=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= 5-2⋅2
2= 22-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5)
= -2⋅22 +9⋅ 5 (=1)
5= 49-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +9⋅(49 -2⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅49 -18⋅ 22)
= 9⋅49 -20⋅ 22 (=1)
22= 71-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -20⋅(71 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -20⋅71 +20⋅ 49)
= -20⋅71 +29⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(71,49)=1 = -20⋅71 +29⋅49

oder wenn man -20⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅71 = +29⋅49

Es gilt also: 29⋅49 = 20⋅71 +1

Somit 29⋅49 = 1 mod 71

29 ist also das Inverse von 49 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.