Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2406 + 3195) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2406 + 3195) mod 8 ≡ (2406 mod 8 + 3195 mod 8) mod 8.

2406 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2406 = 2400+6 = 8 ⋅ 300 +6.

3195 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3195 = 3200-5 = 8 ⋅ 400 -5 = 8 ⋅ 400 - 8 + 3.

Somit gilt:

(2406 + 3195) mod 8 ≡ (6 + 3) mod 8 ≡ 9 mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (77 ⋅ 80) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(77 ⋅ 80) mod 7 ≡ (77 mod 7 ⋅ 80 mod 7) mod 7.

77 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 77 = 77 + 0 = 11 ⋅ 7 + 0 ist.

80 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 77 + 3 = 11 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(77 ⋅ 80) mod 7 ≡ (0 ⋅ 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 255128 mod 449.

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(x²,449) -> 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 ≡ 369 mod 449

4: 2554=2552+2=2552⋅2552 ≡ 369⋅369=136161 ≡ 114 mod 449

8: 2558=2554+4=2554⋅2554 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 424 mod 449

16: 25516=2558+8=2558⋅2558 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 176 mod 449

32: 25532=25516+16=25516⋅25516 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 444 mod 449

64: 25564=25532+32=25532⋅25532 ≡ 444⋅444=197136 ≡ 25 mod 449

128: 255128=25564+64=25564⋅25564 ≡ 25⋅25=625 ≡ 176 mod 449

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 580105 mod 787.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 105 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 105 an und zerlegen 105 in eine Summer von 2er-Potenzen:

105 = 64+32+8+1

1: 5801=580

2: 5802=5801+1=5801⋅5801 ≡ 580⋅580=336400 ≡ 351 mod 787

4: 5804=5802+2=5802⋅5802 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 429 mod 787

8: 5808=5804+4=5804⋅5804 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 670 mod 787

16: 58016=5808+8=5808⋅5808 ≡ 670⋅670=448900 ≡ 310 mod 787

32: 58032=58016+16=58016⋅58016 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 86 mod 787

64: 58064=58032+32=58032⋅58032 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 313 mod 787

580105

= 58064+32+8+1

= 58064⋅58032⋅5808⋅5801

313 ⋅ 86 ⋅ 670 ⋅ 580 mod 787
26918 ⋅ 670 ⋅ 580 mod 787 ≡ 160 ⋅ 670 ⋅ 580 mod 787
107200 ⋅ 580 mod 787 ≡ 168 ⋅ 580 mod 787
97440 mod 787 ≡ 639 mod 787

Es gilt also: 580105 ≡ 639 mod 787

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 86.

Also bestimme x, so dass 86 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 86

=>89 = 1⋅86 + 3
=>86 = 28⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,86)=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= 86-28⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(86 -28⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅86 +28⋅ 3)
= -1⋅86 +29⋅ 3 (=1)
3= 89-1⋅86 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅86 +29⋅(89 -1⋅ 86)
= -1⋅86 +29⋅89 -29⋅ 86)
= 29⋅89 -30⋅ 86 (=1)

Es gilt also: ggt(89,86)=1 = 29⋅89 -30⋅86

oder wenn man 29⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -29⋅89 = -30⋅86

-30⋅86 = -29⋅89 + 1 |+89⋅86

-30⋅86 + 89⋅86 = -29⋅89 + 89⋅86 + 1

(-30 + 89) ⋅ 86 = (-29 + 86) ⋅ 89 + 1

59⋅86 = 57⋅89 + 1

Es gilt also: 59⋅86 = 57⋅89 +1

Somit 59⋅86 = 1 mod 89

59 ist also das Inverse von 86 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.