Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (601 - 302) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(601 - 302) mod 3 ≡ (601 mod 3 - 302 mod 3) mod 3.

601 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601 = 600+1 = 3 ⋅ 200 +1.

302 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 302 = 300+2 = 3 ⋅ 100 +2.

Somit gilt:

(601 - 302) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 17) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 17) mod 6 ≡ (58 mod 6 ⋅ 17 mod 6) mod 6.

58 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 54 + 4 = 9 ⋅ 6 + 4 ist.

17 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17 = 12 + 5 = 2 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 17) mod 6 ≡ (4 ⋅ 5) mod 6 ≡ 20 mod 6 ≡ 2 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 331128 mod 397.

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. 331 -> x
2. mod(x²,397) -> 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: 3311=331

2: 3312=3311+1=3311⋅3311 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 386 mod 397

4: 3314=3312+2=3312⋅3312 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 121 mod 397

8: 3318=3314+4=3314⋅3314 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 349 mod 397

16: 33116=3318+8=3318⋅3318 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 319 mod 397

32: 33132=33116+16=33116⋅33116 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 129 mod 397

64: 33164=33132+32=33132⋅33132 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 364 mod 397

128: 331128=33164+64=33164⋅33164 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 295 mod 397

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 393206 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:

206 = 128+64+8+4+2

1: 3931=393

2: 3932=3931+1=3931⋅3931 ≡ 393⋅393=154449 ≡ 301 mod 433

4: 3934=3932+2=3932⋅3932 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 104 mod 433

8: 3938=3934+4=3934⋅3934 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 424 mod 433

16: 39316=3938+8=3938⋅3938 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 81 mod 433

32: 39332=39316+16=39316⋅39316 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 66 mod 433

64: 39364=39332+32=39332⋅39332 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 26 mod 433

128: 393128=39364+64=39364⋅39364 ≡ 26⋅26=676 ≡ 243 mod 433

393206

= 393128+64+8+4+2

= 393128⋅39364⋅3938⋅3934⋅3932

≡ 243 ⋅ 26 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 6318 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433 ≡ 256 ⋅ 424 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 108544 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433 ≡ 294 ⋅ 104 ⋅ 301 mod 433
≡ 30576 ⋅ 301 mod 433 ≡ 266 ⋅ 301 mod 433
≡ 80066 mod 433 ≡ 394 mod 433

Es gilt also: 393206 ≡ 394 mod 433

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 42

=>61 = 1⋅42 + 19
=>42 = 2⋅19 + 4
=>19 = 4⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,42)=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= 19-4⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(19 -4⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅19 +4⋅ 4)
= -1⋅19 +5⋅ 4 (=1)
4= 42-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(42 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅42 -10⋅ 19)
= 5⋅42 -11⋅ 19 (=1)
19= 61-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -11⋅(61 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -11⋅61 +11⋅ 42)
= -11⋅61 +16⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(61,42)=1 = -11⋅61 +16⋅42

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +16⋅42

Es gilt also: 16⋅42 = 11⋅61 +1

Somit 16⋅42 = 1 mod 61

16 ist also das Inverse von 42 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.