Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (177 + 1196) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(177 + 1196) mod 6 ≡ (177 mod 6 + 1196 mod 6) mod 6.

177 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177 = 180-3 = 6 ⋅ 30 -3 = 6 ⋅ 30 - 6 + 3.

1196 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1196 = 1200-4 = 6 ⋅ 200 -4 = 6 ⋅ 200 - 6 + 2.

Somit gilt:

(177 + 1196) mod 6 ≡ (3 + 2) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (99 ⋅ 36) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(99 ⋅ 36) mod 8 ≡ (99 mod 8 ⋅ 36 mod 8) mod 8.

99 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 96 + 3 = 12 ⋅ 8 + 3 ist.

36 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 32 + 4 = 4 ⋅ 8 + 4 ist.

Somit gilt:

(99 ⋅ 36) mod 8 ≡ (3 ⋅ 4) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 265128 mod 593.

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. 265 -> x
2. mod(x²,593) -> 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: 2651=265

2: 2652=2651+1=2651⋅2651 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 251 mod 593

4: 2654=2652+2=2652⋅2652 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 143 mod 593

8: 2658=2654+4=2654⋅2654 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 287 mod 593

16: 26516=2658+8=2658⋅2658 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 535 mod 593

32: 26532=26516+16=26516⋅26516 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 399 mod 593

64: 26564=26532+32=26532⋅26532 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 277 mod 593

128: 265128=26564+64=26564⋅26564 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 232 mod 593

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 27490 mod 463.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 90 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 90 an und zerlegen 90 in eine Summer von 2er-Potenzen:

90 = 64+16+8+2

1: 2741=274

2: 2742=2741+1=2741⋅2741 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 70 mod 463

4: 2744=2742+2=2742⋅2742 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 270 mod 463

8: 2748=2744+4=2744⋅2744 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 209 mod 463

16: 27416=2748+8=2748⋅2748 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 159 mod 463

32: 27432=27416+16=27416⋅27416 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 279 mod 463

64: 27464=27432+32=27432⋅27432 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 57 mod 463

27490

= 27464+16+8+2

= 27464⋅27416⋅2748⋅2742

57 ⋅ 159 ⋅ 209 ⋅ 70 mod 463
9063 ⋅ 209 ⋅ 70 mod 463 ≡ 266 ⋅ 209 ⋅ 70 mod 463
55594 ⋅ 70 mod 463 ≡ 34 ⋅ 70 mod 463
2380 mod 463 ≡ 65 mod 463

Es gilt also: 27490 ≡ 65 mod 463

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 33

=>89 = 2⋅33 + 23
=>33 = 1⋅23 + 10
=>23 = 2⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,33)=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= 10-3⋅3
3= 23-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10)
= -3⋅23 +7⋅ 10 (=1)
10= 33-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +7⋅(33 -1⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅33 -7⋅ 23)
= 7⋅33 -10⋅ 23 (=1)
23= 89-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅33 -10⋅(89 -2⋅ 33)
= 7⋅33 -10⋅89 +20⋅ 33)
= -10⋅89 +27⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(89,33)=1 = -10⋅89 +27⋅33

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +27⋅33

Es gilt also: 27⋅33 = 10⋅89 +1

Somit 27⋅33 = 1 mod 89

27 ist also das Inverse von 33 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.