Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (99 + 173) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(99 + 173) mod 9 ≡ (99 mod 9 + 173 mod 9) mod 9.

99 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 90+9 = 9 ⋅ 10 +9.

173 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 173 = 180-7 = 9 ⋅ 20 -7 = 9 ⋅ 20 - 9 + 2.

Somit gilt:

(99 + 173) mod 9 ≡ (0 + 2) mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 85) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 85) mod 8 ≡ (70 mod 8 ⋅ 85 mod 8) mod 8.

70 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 64 + 6 = 8 ⋅ 8 + 6 ist.

85 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 80 + 5 = 10 ⋅ 8 + 5 ist.

Somit gilt:

(70 ⋅ 85) mod 8 ≡ (6 ⋅ 5) mod 8 ≡ 30 mod 8 ≡ 6 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 58164 mod 761.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 581 -> x
2. mod(x²,761) -> 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: 5811=581

2: 5812=5811+1=5811⋅5811 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 438 mod 761

4: 5814=5812+2=5812⋅5812 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 72 mod 761

8: 5818=5814+4=5814⋅5814 ≡ 72⋅72=5184 ≡ 618 mod 761

16: 58116=5818+8=5818⋅5818 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 663 mod 761

32: 58132=58116+16=58116⋅58116 ≡ 663⋅663=439569 ≡ 472 mod 761

64: 58164=58132+32=58132⋅58132 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 572 mod 761

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 431255 mod 443.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 255 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 255 an und zerlegen 255 in eine Summer von 2er-Potenzen:

255 = 128+64+32+16+8+4+2+1

1: 4311=431

2: 4312=4311+1=4311⋅4311 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 144 mod 443

4: 4314=4312+2=4312⋅4312 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 358 mod 443

8: 4318=4314+4=4314⋅4314 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 137 mod 443

16: 43116=4318+8=4318⋅4318 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 163 mod 443

32: 43132=43116+16=43116⋅43116 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 432 mod 443

64: 43164=43132+32=43132⋅43132 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 121 mod 443

128: 431128=43164+64=43164⋅43164 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 22 mod 443

431255

= 431128+64+32+16+8+4+2+1

= 431128⋅43164⋅43132⋅43116⋅4318⋅4314⋅4312⋅4311

≡ 22 ⋅ 121 ⋅ 432 ⋅ 163 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 2662 ⋅ 432 ⋅ 163 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443 ≡ 4 ⋅ 432 ⋅ 163 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 1728 ⋅ 163 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443 ≡ 399 ⋅ 163 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 65037 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443 ≡ 359 ⋅ 137 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 49183 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443 ≡ 10 ⋅ 358 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 3580 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443 ≡ 36 ⋅ 144 ⋅ 431 mod 443
≡ 5184 ⋅ 431 mod 443 ≡ 311 ⋅ 431 mod 443
≡ 134041 mod 443 ≡ 255 mod 443

Es gilt also: 431255 ≡ 255 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 38

=>101 = 2⋅38 + 25
=>38 = 1⋅25 + 13
=>25 = 1⋅13 + 12
=>13 = 1⋅12 + 1
=>12 = 12⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,38)=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= 13-1⋅12
12= 25-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -1⋅(25 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -1⋅25 +1⋅ 13)
= -1⋅25 +2⋅ 13 (=1)
13= 38-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅25 +2⋅(38 -1⋅ 25)
= -1⋅25 +2⋅38 -2⋅ 25)
= 2⋅38 -3⋅ 25 (=1)
25= 101-2⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅38 -3⋅(101 -2⋅ 38)
= 2⋅38 -3⋅101 +6⋅ 38)
= -3⋅101 +8⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(101,38)=1 = -3⋅101 +8⋅38

oder wenn man -3⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅101 = +8⋅38

Es gilt also: 8⋅38 = 3⋅101 +1

Somit 8⋅38 = 1 mod 101

8 ist also das Inverse von 38 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.