Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (300 + 3006) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(300 + 3006) mod 6 ≡ (300 mod 6 + 3006 mod 6) mod 6.

300 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300 = 300+0 = 6 ⋅ 50 +0.

3006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3006 = 3000+6 = 6 ⋅ 500 +6.

Somit gilt:

(300 + 3006) mod 6 ≡ (0 + 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 84) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26 ⋅ 84) mod 4 ≡ (26 mod 4 ⋅ 84 mod 4) mod 4.

26 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 6 ⋅ 4 + 2 ist.

84 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 21 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(26 ⋅ 84) mod 4 ≡ (2 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 255128 mod 307.

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. 255 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 2551=255

2: 2552=2551+1=2551⋅2551 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 248 mod 307

4: 2554=2552+2=2552⋅2552 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 104 mod 307

8: 2558=2554+4=2554⋅2554 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 71 mod 307

16: 25516=2558+8=2558⋅2558 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 129 mod 307

32: 25532=25516+16=25516⋅25516 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 63 mod 307

64: 25564=25532+32=25532⋅25532 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 285 mod 307

128: 255128=25564+64=25564⋅25564 ≡ 285⋅285=81225 ≡ 177 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18962 mod 379.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 62 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 62 an und zerlegen 62 in eine Summer von 2er-Potenzen:

62 = 32+16+8+4+2

1: 1891=189

2: 1892=1891+1=1891⋅1891 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 95 mod 379

4: 1894=1892+2=1892⋅1892 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 308 mod 379

8: 1898=1894+4=1894⋅1894 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 114 mod 379

16: 18916=1898+8=1898⋅1898 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 110 mod 379

32: 18932=18916+16=18916⋅18916 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 351 mod 379

18962

= 18932+16+8+4+2

= 18932⋅18916⋅1898⋅1894⋅1892

351 ⋅ 110 ⋅ 114 ⋅ 308 ⋅ 95 mod 379
38610 ⋅ 114 ⋅ 308 ⋅ 95 mod 379 ≡ 331 ⋅ 114 ⋅ 308 ⋅ 95 mod 379
37734 ⋅ 308 ⋅ 95 mod 379 ≡ 213 ⋅ 308 ⋅ 95 mod 379
65604 ⋅ 95 mod 379 ≡ 37 ⋅ 95 mod 379
3515 mod 379 ≡ 104 mod 379

Es gilt also: 18962 ≡ 104 mod 379

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 67.

Also bestimme x, so dass 67 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 67

=>101 = 1⋅67 + 34
=>67 = 1⋅34 + 33
=>34 = 1⋅33 + 1
=>33 = 33⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,67)=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= 34-1⋅33
33= 67-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -1⋅(67 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -1⋅67 +1⋅ 34)
= -1⋅67 +2⋅ 34 (=1)
34= 101-1⋅67 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅67 +2⋅(101 -1⋅ 67)
= -1⋅67 +2⋅101 -2⋅ 67)
= 2⋅101 -3⋅ 67 (=1)

Es gilt also: ggt(101,67)=1 = 2⋅101 -3⋅67

oder wenn man 2⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅101 = -3⋅67

-3⋅67 = -2⋅101 + 1 |+101⋅67

-3⋅67 + 101⋅67 = -2⋅101 + 101⋅67 + 1

(-3 + 101) ⋅ 67 = (-2 + 67) ⋅ 101 + 1

98⋅67 = 65⋅101 + 1

Es gilt also: 98⋅67 = 65⋅101 +1

Somit 98⋅67 = 1 mod 101

98 ist also das Inverse von 67 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.