Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1602 + 1604) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1602 + 1604) mod 8 ≡ (1602 mod 8 + 1604 mod 8) mod 8.

1602 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1602 = 1600+2 = 8 ⋅ 200 +2.

1604 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604 = 1600+4 = 8 ⋅ 200 +4.

Somit gilt:

(1602 + 1604) mod 8 ≡ (2 + 4) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 91) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 91) mod 5 ≡ (36 mod 5 ⋅ 91 mod 5) mod 5.

36 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 35 + 1 = 7 ⋅ 5 + 1 ist.

91 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 18 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 91) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 251128 mod 431.

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. 251 -> x
2. mod(x²,431) -> 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: 2511=251

2: 2512=2511+1=2511⋅2511 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 75 mod 431

4: 2514=2512+2=2512⋅2512 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 22 mod 431

8: 2518=2514+4=2514⋅2514 ≡ 22⋅22=484 ≡ 53 mod 431

16: 25116=2518+8=2518⋅2518 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 223 mod 431

32: 25132=25116+16=25116⋅25116 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 164 mod 431

64: 25164=25132+32=25132⋅25132 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 174 mod 431

128: 251128=25164+64=25164⋅25164 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 106 mod 431

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 134248 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 1341=134

2: 1342=1341+1=1341⋅1341 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 340 mod 367

4: 1344=1342+2=1342⋅1342 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 362 mod 367

8: 1348=1344+4=1344⋅1344 ≡ 362⋅362=131044 ≡ 25 mod 367

16: 13416=1348+8=1348⋅1348 ≡ 25⋅25=625 ≡ 258 mod 367

32: 13432=13416+16=13416⋅13416 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 137 mod 367

64: 13464=13432+32=13432⋅13432 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 52 mod 367

128: 134128=13464+64=13464⋅13464 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 135 mod 367

134248

= 134128+64+32+16+8

= 134128⋅13464⋅13432⋅13416⋅1348

135 ⋅ 52 ⋅ 137 ⋅ 258 ⋅ 25 mod 367
7020 ⋅ 137 ⋅ 258 ⋅ 25 mod 367 ≡ 47 ⋅ 137 ⋅ 258 ⋅ 25 mod 367
6439 ⋅ 258 ⋅ 25 mod 367 ≡ 200 ⋅ 258 ⋅ 25 mod 367
51600 ⋅ 25 mod 367 ≡ 220 ⋅ 25 mod 367
5500 mod 367 ≡ 362 mod 367

Es gilt also: 134248 ≡ 362 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 40

=>67 = 1⋅40 + 27
=>40 = 1⋅27 + 13
=>27 = 2⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,40)=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= 27-2⋅13
13= 40-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅27 -2⋅(40 -1⋅ 27)
= 1⋅27 -2⋅40 +2⋅ 27)
= -2⋅40 +3⋅ 27 (=1)
27= 67-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +3⋅(67 -1⋅ 40)
= -2⋅40 +3⋅67 -3⋅ 40)
= 3⋅67 -5⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(67,40)=1 = 3⋅67 -5⋅40

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -5⋅40

-5⋅40 = -3⋅67 + 1 |+67⋅40

-5⋅40 + 67⋅40 = -3⋅67 + 67⋅40 + 1

(-5 + 67) ⋅ 40 = (-3 + 40) ⋅ 67 + 1

62⋅40 = 37⋅67 + 1

Es gilt also: 62⋅40 = 37⋅67 +1

Somit 62⋅40 = 1 mod 67

62 ist also das Inverse von 40 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.