Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (246 + 29998) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(246 + 29998) mod 6 ≡ (246 mod 6 + 29998 mod 6) mod 6.

246 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246 = 240+6 = 6 ⋅ 40 +6.

29998 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29998 = 30000-2 = 6 ⋅ 5000 -2 = 6 ⋅ 5000 - 6 + 4.

Somit gilt:

(246 + 29998) mod 6 ≡ (0 + 4) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 66) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 66) mod 11 ≡ (34 mod 11 ⋅ 66 mod 11) mod 11.

34 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 3 ⋅ 11 + 1 ist.

66 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 6 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 66) mod 11 ≡ (1 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23164 mod 271.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 231 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 245 mod 271

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 134 mod 271

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 70 mod 271

16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 22 mod 271

32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 22⋅22=484 ≡ 213 mod 271

64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 112 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 147167 mod 227.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:

167 = 128+32+4+2+1

1: 1471=147

2: 1472=1471+1=1471⋅1471 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 44 mod 227

4: 1474=1472+2=1472⋅1472 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 120 mod 227

8: 1478=1474+4=1474⋅1474 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 99 mod 227

16: 14716=1478+8=1478⋅1478 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 40 mod 227

32: 14732=14716+16=14716⋅14716 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 11 mod 227

64: 14764=14732+32=14732⋅14732 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 227

128: 147128=14764+64=14764⋅14764 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 113 mod 227

147167

= 147128+32+4+2+1

= 147128⋅14732⋅1474⋅1472⋅1471

113 ⋅ 11 ⋅ 120 ⋅ 44 ⋅ 147 mod 227
1243 ⋅ 120 ⋅ 44 ⋅ 147 mod 227 ≡ 108 ⋅ 120 ⋅ 44 ⋅ 147 mod 227
12960 ⋅ 44 ⋅ 147 mod 227 ≡ 21 ⋅ 44 ⋅ 147 mod 227
924 ⋅ 147 mod 227 ≡ 16 ⋅ 147 mod 227
2352 mod 227 ≡ 82 mod 227

Es gilt also: 147167 ≡ 82 mod 227

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 56

=>79 = 1⋅56 + 23
=>56 = 2⋅23 + 10
=>23 = 2⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,56)=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= 10-3⋅3
3= 23-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(23 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅23 +6⋅ 10)
= -3⋅23 +7⋅ 10 (=1)
10= 56-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +7⋅(56 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +7⋅56 -14⋅ 23)
= 7⋅56 -17⋅ 23 (=1)
23= 79-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅56 -17⋅(79 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -17⋅79 +17⋅ 56)
= -17⋅79 +24⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(79,56)=1 = -17⋅79 +24⋅56

oder wenn man -17⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅79 = +24⋅56

Es gilt also: 24⋅56 = 17⋅79 +1

Somit 24⋅56 = 1 mod 79

24 ist also das Inverse von 56 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.