Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 - 122) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 - 122) mod 4 ≡ (37 mod 4 - 122 mod 4) mod 4.

37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 40-3 = 4 ⋅ 10 -3 = 4 ⋅ 10 - 4 + 1.

122 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122 = 120+2 = 4 ⋅ 30 +2.

Somit gilt:

(37 - 122) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (85 ⋅ 62) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(85 ⋅ 62) mod 7 ≡ (85 mod 7 ⋅ 62 mod 7) mod 7.

85 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 84 + 1 = 12 ⋅ 7 + 1 ist.

62 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 56 + 6 = 8 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(85 ⋅ 62) mod 7 ≡ (1 ⋅ 6) mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 198128 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. 198 -> 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: 1981=198

2: 1982=1981+1=1981⋅1981 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 244 mod 487

4: 1984=1982+2=1982⋅1982 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 122 mod 487

8: 1988=1984+4=1984⋅1984 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 274 mod 487

16: 19816=1988+8=1988⋅1988 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 78 mod 487

32: 19832=19816+16=19816⋅19816 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 240 mod 487

64: 19864=19832+32=19832⋅19832 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 134 mod 487

128: 198128=19864+64=19864⋅19864 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 424 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 252208 mod 727.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 208 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 208 an und zerlegen 208 in eine Summer von 2er-Potenzen:

208 = 128+64+16

1: 2521=252

2: 2522=2521+1=2521⋅2521 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 255 mod 727

4: 2524=2522+2=2522⋅2522 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 322 mod 727

8: 2528=2524+4=2524⋅2524 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 450 mod 727

16: 25216=2528+8=2528⋅2528 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 394 mod 727

32: 25232=25216+16=25216⋅25216 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 385 mod 727

64: 25264=25232+32=25232⋅25232 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 644 mod 727

128: 252128=25264+64=25264⋅25264 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 346 mod 727

252208

= 252128+64+16

= 252128⋅25264⋅25216

346 ⋅ 644 ⋅ 394 mod 727
222824 ⋅ 394 mod 727 ≡ 362 ⋅ 394 mod 727
142628 mod 727 ≡ 136 mod 727

Es gilt also: 252208 ≡ 136 mod 727

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54

=>73 = 1⋅54 + 19
=>54 = 2⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,54)=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= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 54-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19)
= 6⋅54 -17⋅ 19 (=1)
19= 73-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54)
= -17⋅73 +23⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54

oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅73 = +23⋅54

Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1

Somit 23⋅54 = 1 mod 73

23 ist also das Inverse von 54 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.