Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (122 + 15999) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(122 + 15999) mod 4 ≡ (122 mod 4 + 15999 mod 4) mod 4.

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

15999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15999 = 15000+999 = 4 ⋅ 3750 +999.

Somit gilt:

(122 + 15999) mod 4 ≡ (2 + 3) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 72) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 72) mod 6 ≡ (15 mod 6 ⋅ 72 mod 6) mod 6.

15 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 12 + 3 = 2 ⋅ 6 + 3 ist.

72 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 12 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 72) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14264 mod 449.

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. 142 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 1421=142

2: 1422=1421+1=1421⋅1421 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 408 mod 449

4: 1424=1422+2=1422⋅1422 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 334 mod 449

8: 1428=1424+4=1424⋅1424 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 204 mod 449

16: 14216=1428+8=1428⋅1428 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 308 mod 449

32: 14232=14216+16=14216⋅14216 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 125 mod 449

64: 14264=14232+32=14232⋅14232 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 359 mod 449

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 119226 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 226 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 226 an und zerlegen 226 in eine Summer von 2er-Potenzen:

226 = 128+64+32+2

1: 1191=119

2: 1192=1191+1=1191⋅1191 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 173 mod 269

4: 1194=1192+2=1192⋅1192 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 70 mod 269

8: 1198=1194+4=1194⋅1194 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 58 mod 269

16: 11916=1198+8=1198⋅1198 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 136 mod 269

32: 11932=11916+16=11916⋅11916 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 204 mod 269

64: 11964=11932+32=11932⋅11932 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 190 mod 269

128: 119128=11964+64=11964⋅11964 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 54 mod 269

119226

= 119128+64+32+2

= 119128⋅11964⋅11932⋅1192

≡ 54 ⋅ 190 ⋅ 204 ⋅ 173 mod 269
≡ 10260 ⋅ 204 ⋅ 173 mod 269 ≡ 38 ⋅ 204 ⋅ 173 mod 269
≡ 7752 ⋅ 173 mod 269 ≡ 220 ⋅ 173 mod 269
≡ 38060 mod 269 ≡ 131 mod 269

Es gilt also: 119226 ≡ 131 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72

=>89 = 1⋅72 + 17
=>72 = 4⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4
4= 72-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17)
= -4⋅72 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72)
= 17⋅89 -21⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -21⋅72

-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72

-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1

(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1

68⋅72 = 55⋅89 + 1

Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1

Somit 68⋅72 = 1 mod 89

68 ist also das Inverse von 72 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.