Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (89 + 5998) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(89 + 5998) mod 3 ≡ (89 mod 3 + 5998 mod 3) mod 3.

89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 90-1 = 3 ⋅ 30 -1 = 3 ⋅ 30 - 3 + 2.

5998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998 = 6000-2 = 3 ⋅ 2000 -2 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 1.

Somit gilt:

(89 + 5998) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (76 ⋅ 65) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(76 ⋅ 65) mod 9 ≡ (76 mod 9 ⋅ 65 mod 9) mod 9.

76 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 8 ⋅ 9 + 4 ist.

65 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 63 + 2 = 7 ⋅ 9 + 2 ist.

Somit gilt:

(76 ⋅ 65) mod 9 ≡ (4 ⋅ 2) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 91128 mod 241.

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. 91 -> x
2. mod(x²,241) -> 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: 911=91

2: 912=911+1=911⋅911 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241

4: 914=912+2=912⋅912 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241

8: 918=914+4=914⋅914 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 205 mod 241

16: 9116=918+8=918⋅918 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 91 mod 241

32: 9132=9116+16=9116⋅9116 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 87 mod 241

64: 9164=9132+32=9132⋅9132 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 98 mod 241

128: 91128=9164+64=9164⋅9164 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 205 mod 241

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 408237 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:

237 = 128+64+32+8+4+1

1: 4081=408

2: 4082=4081+1=4081⋅4081 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 588 mod 601

4: 4084=4082+2=4082⋅4082 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 169 mod 601

8: 4088=4084+4=4084⋅4084 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 314 mod 601

16: 40816=4088+8=4088⋅4088 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 32 mod 601

32: 40832=40816+16=40816⋅40816 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 423 mod 601

64: 40864=40832+32=40832⋅40832 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 432 mod 601

128: 408128=40864+64=40864⋅40864 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 314 mod 601

408237

= 408128+64+32+8+4+1

= 408128⋅40864⋅40832⋅4088⋅4084⋅4081

314 ⋅ 432 ⋅ 423 ⋅ 314 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601
135648 ⋅ 423 ⋅ 314 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601 ≡ 423 ⋅ 423 ⋅ 314 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601
178929 ⋅ 314 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601 ≡ 432 ⋅ 314 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601
135648 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601 ≡ 423 ⋅ 169 ⋅ 408 mod 601
71487 ⋅ 408 mod 601 ≡ 569 ⋅ 408 mod 601
232152 mod 601 ≡ 166 mod 601

Es gilt also: 408237 ≡ 166 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 19.

Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 19

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

also gilt: ggt(61,19)=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= 61-3⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +5⋅(61 -3⋅ 19)
= -1⋅19 +5⋅61 -15⋅ 19)
= 5⋅61 -16⋅ 19 (=1)

Es gilt also: ggt(61,19)=1 = 5⋅61 -16⋅19

oder wenn man 5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅61 = -16⋅19

-16⋅19 = -5⋅61 + 1 |+61⋅19

-16⋅19 + 61⋅19 = -5⋅61 + 61⋅19 + 1

(-16 + 61) ⋅ 19 = (-5 + 19) ⋅ 61 + 1

45⋅19 = 14⋅61 + 1

Es gilt also: 45⋅19 = 14⋅61 +1

Somit 45⋅19 = 1 mod 61

45 ist also das Inverse von 19 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

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