Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (8002 - 3203) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(8002 - 3203) mod 8 ≡ (8002 mod 8 - 3203 mod 8) mod 8.

8002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 8002 = 8000+2 = 8 ⋅ 1000 +2.

3203 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3203 = 3200+3 = 8 ⋅ 400 +3.

Somit gilt:

(8002 - 3203) mod 8 ≡ (2 - 3) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 50) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 50) mod 11 ≡ (69 mod 11 ⋅ 50 mod 11) mod 11.

69 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 6 ⋅ 11 + 3 ist.

50 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 44 + 6 = 4 ⋅ 11 + 6 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 50) mod 11 ≡ (3 ⋅ 6) mod 11 ≡ 18 mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 3148 mod 569.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 314 -> x
2. mod(x²,569) -> 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: 3141=314

2: 3142=3141+1=3141⋅3141 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 159 mod 569

4: 3144=3142+2=3142⋅3142 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 245 mod 569

8: 3148=3144+4=3144⋅3144 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 280 mod 569

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 447171 mod 607.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 171 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 171 an und zerlegen 171 in eine Summer von 2er-Potenzen:

171 = 128+32+8+2+1

1: 4471=447

2: 4472=4471+1=4471⋅4471 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 106 mod 607

4: 4474=4472+2=4472⋅4472 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 310 mod 607

8: 4478=4474+4=4474⋅4474 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 194 mod 607

16: 44716=4478+8=4478⋅4478 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 2 mod 607

32: 44732=44716+16=44716⋅44716 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 607

64: 44764=44732+32=44732⋅44732 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 607

128: 447128=44764+64=44764⋅44764 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 607

447171

= 447128+32+8+2+1

= 447128⋅44732⋅4478⋅4472⋅4471

256 ⋅ 4 ⋅ 194 ⋅ 106 ⋅ 447 mod 607
1024 ⋅ 194 ⋅ 106 ⋅ 447 mod 607 ≡ 417 ⋅ 194 ⋅ 106 ⋅ 447 mod 607
80898 ⋅ 106 ⋅ 447 mod 607 ≡ 167 ⋅ 106 ⋅ 447 mod 607
17702 ⋅ 447 mod 607 ≡ 99 ⋅ 447 mod 607
44253 mod 607 ≡ 549 mod 607

Es gilt also: 447171 ≡ 549 mod 607

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 47

=>97 = 2⋅47 + 3
=>47 = 15⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,47)=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= 3-1⋅2
2= 47-15⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(47 -15⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅47 +15⋅ 3)
= -1⋅47 +16⋅ 3 (=1)
3= 97-2⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +16⋅(97 -2⋅ 47)
= -1⋅47 +16⋅97 -32⋅ 47)
= 16⋅97 -33⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(97,47)=1 = 16⋅97 -33⋅47

oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅97 = -33⋅47

-33⋅47 = -16⋅97 + 1 |+97⋅47

-33⋅47 + 97⋅47 = -16⋅97 + 97⋅47 + 1

(-33 + 97) ⋅ 47 = (-16 + 47) ⋅ 97 + 1

64⋅47 = 31⋅97 + 1

Es gilt also: 64⋅47 = 31⋅97 +1

Somit 64⋅47 = 1 mod 97

64 ist also das Inverse von 47 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.