Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (599 + 87) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(599 + 87) mod 3 ≡ (599 mod 3 + 87 mod 3) mod 3.

599 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599 = 600-1 = 3 ⋅ 200 -1 = 3 ⋅ 200 - 3 + 2.

87 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 90-3 = 3 ⋅ 30 -3 = 3 ⋅ 30 - 3 + 0.

Somit gilt:

(599 + 87) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 87) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 87) mod 8 ≡ (69 mod 8 ⋅ 87 mod 8) mod 8.

69 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 64 + 5 = 8 ⋅ 8 + 5 ist.

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

Somit gilt:

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

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19032 mod 317.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 190 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1901=190

2: 1902=1901+1=1901⋅1901 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 279 mod 317

4: 1904=1902+2=1902⋅1902 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 176 mod 317

8: 1908=1904+4=1904⋅1904 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 227 mod 317

16: 19016=1908+8=1908⋅1908 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 175 mod 317

32: 19032=19016+16=19016⋅19016 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 193 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 358109 mod 571.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 109 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 109 an und zerlegen 109 in eine Summer von 2er-Potenzen:

109 = 64+32+8+4+1

1: 3581=358

2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 260 mod 571

4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 260⋅260=67600 ≡ 222 mod 571

8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 178 mod 571

16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 279 mod 571

32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 185 mod 571

64: 35864=35832+32=35832⋅35832 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 536 mod 571

358109

= 35864+32+8+4+1

= 35864⋅35832⋅3588⋅3584⋅3581

536 ⋅ 185 ⋅ 178 ⋅ 222 ⋅ 358 mod 571
99160 ⋅ 178 ⋅ 222 ⋅ 358 mod 571 ≡ 377 ⋅ 178 ⋅ 222 ⋅ 358 mod 571
67106 ⋅ 222 ⋅ 358 mod 571 ≡ 299 ⋅ 222 ⋅ 358 mod 571
66378 ⋅ 358 mod 571 ≡ 142 ⋅ 358 mod 571
50836 mod 571 ≡ 17 mod 571

Es gilt also: 358109 ≡ 17 mod 571

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 67.

Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 67

=>83 = 1⋅67 + 16
=>67 = 4⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,67)=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= 16-5⋅3
3= 67-4⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(67 -4⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅67 +20⋅ 16)
= -5⋅67 +21⋅ 16 (=1)
16= 83-1⋅67 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅67 +21⋅(83 -1⋅ 67)
= -5⋅67 +21⋅83 -21⋅ 67)
= 21⋅83 -26⋅ 67 (=1)

Es gilt also: ggt(83,67)=1 = 21⋅83 -26⋅67

oder wenn man 21⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -21⋅83 = -26⋅67

-26⋅67 = -21⋅83 + 1 |+83⋅67

-26⋅67 + 83⋅67 = -21⋅83 + 83⋅67 + 1

(-26 + 83) ⋅ 67 = (-21 + 67) ⋅ 83 + 1

57⋅67 = 46⋅83 + 1

Es gilt also: 57⋅67 = 46⋅83 +1

Somit 57⋅67 = 1 mod 83

57 ist also das Inverse von 67 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.