Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (399 - 1604) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(399 - 1604) mod 4 ≡ (399 mod 4 - 1604 mod 4) mod 4.

399 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 399 = 300+99 = 4 ⋅ 75 +99.

1604 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1604 = 1600+4 = 4 ⋅ 400 +4.

Somit gilt:

(399 - 1604) mod 4 ≡ (3 - 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 65) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 ⋅ 65) mod 5 ≡ (72 mod 5 ⋅ 65 mod 5) mod 5.

72 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 70 + 2 = 14 ⋅ 5 + 2 ist.

65 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 65 = 65 + 0 = 13 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(72 ⋅ 65) mod 5 ≡ (2 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31716 mod 643.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 317 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 3171=317

2: 3172=3171+1=3171⋅3171 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 181 mod 643

4: 3174=3172+2=3172⋅3172 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 611 mod 643

8: 3178=3174+4=3174⋅3174 ≡ 611⋅611=373321 ≡ 381 mod 643

16: 31716=3178+8=3178⋅3178 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 486 mod 643

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 119119 mod 373.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 1191=119

2: 1192=1191+1=1191⋅1191 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 360 mod 373

4: 1194=1192+2=1192⋅1192 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 169 mod 373

8: 1198=1194+4=1194⋅1194 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 213 mod 373

16: 11916=1198+8=1198⋅1198 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 236 mod 373

32: 11932=11916+16=11916⋅11916 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 119 mod 373

64: 11964=11932+32=11932⋅11932 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 360 mod 373

119119

= 11964+32+16+4+2+1

= 11964⋅11932⋅11916⋅1194⋅1192⋅1191

360 ⋅ 119 ⋅ 236 ⋅ 169 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373
42840 ⋅ 236 ⋅ 169 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373 ≡ 318 ⋅ 236 ⋅ 169 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373
75048 ⋅ 169 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373 ≡ 75 ⋅ 169 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373
12675 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373 ≡ 366 ⋅ 360 ⋅ 119 mod 373
131760 ⋅ 119 mod 373 ≡ 91 ⋅ 119 mod 373
10829 mod 373 ≡ 12 mod 373

Es gilt also: 119119 ≡ 12 mod 373

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 = 41 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.