Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2002 + 4000) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2002 + 4000) mod 4 ≡ (2002 mod 4 + 4000 mod 4) mod 4.

2002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2002 = 2000+2 = 4 ⋅ 500 +2.

4000 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4000 = 4000+0 = 4 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(2002 + 4000) mod 4 ≡ (2 + 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 56) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 56) mod 9 ≡ (52 mod 9 ⋅ 56 mod 9) mod 9.

52 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 45 + 7 = 5 ⋅ 9 + 7 ist.

56 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 56 = 54 + 2 = 6 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 56) mod 9 ≡ (7 ⋅ 2) mod 9 ≡ 14 mod 9 ≡ 5 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 360128 mod 499.

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. 360 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 3601=360

2: 3602=3601+1=3601⋅3601 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 359 mod 499

4: 3604=3602+2=3602⋅3602 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 139 mod 499

8: 3608=3604+4=3604⋅3604 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 359 mod 499

16: 36016=3608+8=3608⋅3608 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 139 mod 499

32: 36032=36016+16=36016⋅36016 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 359 mod 499

64: 36064=36032+32=36032⋅36032 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 139 mod 499

128: 360128=36064+64=36064⋅36064 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 359 mod 499

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 89184 mod 263.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 184 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 184 an und zerlegen 184 in eine Summer von 2er-Potenzen:

184 = 128+32+16+8

1: 891=89

2: 892=891+1=891⋅891 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 31 mod 263

4: 894=892+2=892⋅892 ≡ 31⋅31=961 ≡ 172 mod 263

8: 898=894+4=894⋅894 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 128 mod 263

16: 8916=898+8=898⋅898 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 78 mod 263

32: 8932=8916+16=8916⋅8916 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 35 mod 263

64: 8964=8932+32=8932⋅8932 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 173 mod 263

128: 89128=8964+64=8964⋅8964 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 210 mod 263

89184

= 89128+32+16+8

= 89128⋅8932⋅8916⋅898

210 ⋅ 35 ⋅ 78 ⋅ 128 mod 263
7350 ⋅ 78 ⋅ 128 mod 263 ≡ 249 ⋅ 78 ⋅ 128 mod 263
19422 ⋅ 128 mod 263 ≡ 223 ⋅ 128 mod 263
28544 mod 263 ≡ 140 mod 263

Es gilt also: 89184 ≡ 140 mod 263

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.

Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20

=>53 = 2⋅20 + 13
=>20 = 1⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 20-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13)
= 2⋅20 -3⋅ 13 (=1)
13= 53-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20)
= -3⋅53 +8⋅ 20 (=1)

Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20

oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅53 = +8⋅20

Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1

Somit 8⋅20 = 1 mod 53

8 ist also das Inverse von 20 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.