Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1502 + 1200) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1502 + 1200) mod 3 ≡ (1502 mod 3 + 1200 mod 3) mod 3.

1502 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502 = 1500+2 = 3 ⋅ 500 +2.

1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 3 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(1502 + 1200) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (83 ⋅ 19) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(83 ⋅ 19) mod 8 ≡ (83 mod 8 ⋅ 19 mod 8) mod 8.

83 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 83 = 80 + 3 = 10 ⋅ 8 + 3 ist.

19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(83 ⋅ 19) mod 8 ≡ (3 ⋅ 3) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 294128 mod 419.

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. 294 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 2941=294

2: 2942=2941+1=2941⋅2941 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 122 mod 419

4: 2944=2942+2=2942⋅2942 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 219 mod 419

8: 2948=2944+4=2944⋅2944 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 195 mod 419

16: 29416=2948+8=2948⋅2948 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 315 mod 419

32: 29432=29416+16=29416⋅29416 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 341 mod 419

64: 29464=29432+32=29432⋅29432 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 218 mod 419

128: 294128=29464+64=29464⋅29464 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 177 mod 419

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24660 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 60 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 60 an und zerlegen 60 in eine Summer von 2er-Potenzen:

60 = 32+16+8+4

1: 2461=246

2: 2462=2461+1=2461⋅2461 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 454 mod 509

4: 2464=2462+2=2462⋅2462 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 480 mod 509

8: 2468=2464+4=2464⋅2464 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 332 mod 509

16: 24616=2468+8=2468⋅2468 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 280 mod 509

32: 24632=24616+16=24616⋅24616 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 14 mod 509

24660

= 24632+16+8+4

= 24632⋅24616⋅2468⋅2464

14 ⋅ 280 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509
3920 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509 ≡ 357 ⋅ 332 ⋅ 480 mod 509
118524 ⋅ 480 mod 509 ≡ 436 ⋅ 480 mod 509
209280 mod 509 ≡ 81 mod 509

Es gilt also: 24660 ≡ 81 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 63

=>67 = 1⋅63 + 4
=>63 = 15⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,63)=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= 4-1⋅3
3= 63-15⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(63 -15⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅63 +15⋅ 4)
= -1⋅63 +16⋅ 4 (=1)
4= 67-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +16⋅(67 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +16⋅67 -16⋅ 63)
= 16⋅67 -17⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(67,63)=1 = 16⋅67 -17⋅63

oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅67 = -17⋅63

-17⋅63 = -16⋅67 + 1 |+67⋅63

-17⋅63 + 67⋅63 = -16⋅67 + 67⋅63 + 1

(-17 + 67) ⋅ 63 = (-16 + 63) ⋅ 67 + 1

50⋅63 = 47⋅67 + 1

Es gilt also: 50⋅63 = 47⋅67 +1

Somit 50⋅63 = 1 mod 67

50 ist also das Inverse von 63 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.