Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (117 + 2002) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(117 + 2002) mod 4 ≡ (117 mod 4 + 2002 mod 4) mod 4.

117 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 117 = 120-3 = 4 ⋅ 30 -3 = 4 ⋅ 30 - 4 + 1.

2002 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2002 = 2000+2 = 4 ⋅ 500 +2.

Somit gilt:

(117 + 2002) mod 4 ≡ (1 + 2) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (92 ⋅ 31) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(92 ⋅ 31) mod 8 ≡ (92 mod 8 ⋅ 31 mod 8) mod 8.

92 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 11 ⋅ 8 + 4 ist.

31 mod 8 ≡ 7 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 24 + 7 = 3 ⋅ 8 + 7 ist.

Somit gilt:

(92 ⋅ 31) mod 8 ≡ (4 ⋅ 7) mod 8 ≡ 28 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 17432 mod 251.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 174 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1741=174

2: 1742=1741+1=1741⋅1741 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 156 mod 251

4: 1744=1742+2=1742⋅1742 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 240 mod 251

8: 1748=1744+4=1744⋅1744 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 121 mod 251

16: 17416=1748+8=1748⋅1748 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 83 mod 251

32: 17432=17416+16=17416⋅17416 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 112 mod 251

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 575154 mod 787.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 154 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 154 an und zerlegen 154 in eine Summer von 2er-Potenzen:

154 = 128+16+8+2

1: 5751=575

2: 5752=5751+1=5751⋅5751 ≡ 575⋅575=330625 ≡ 85 mod 787

4: 5754=5752+2=5752⋅5752 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 142 mod 787

8: 5758=5754+4=5754⋅5754 ≡ 142⋅142=20164 ≡ 489 mod 787

16: 57516=5758+8=5758⋅5758 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 660 mod 787

32: 57532=57516+16=57516⋅57516 ≡ 660⋅660=435600 ≡ 389 mod 787

64: 57564=57532+32=57532⋅57532 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 217 mod 787

128: 575128=57564+64=57564⋅57564 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 656 mod 787

575154

= 575128+16+8+2

= 575128⋅57516⋅5758⋅5752

656 ⋅ 660 ⋅ 489 ⋅ 85 mod 787
432960 ⋅ 489 ⋅ 85 mod 787 ≡ 110 ⋅ 489 ⋅ 85 mod 787
53790 ⋅ 85 mod 787 ≡ 274 ⋅ 85 mod 787
23290 mod 787 ≡ 467 mod 787

Es gilt also: 575154 ≡ 467 mod 787

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 66.

Also bestimme x, so dass 66 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 66

=>83 = 1⋅66 + 17
=>66 = 3⋅17 + 15
=>17 = 1⋅15 + 2
=>15 = 7⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,66)=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= 15-7⋅2
2= 17-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅15 -7⋅(17 -1⋅ 15)
= 1⋅15 -7⋅17 +7⋅ 15)
= -7⋅17 +8⋅ 15 (=1)
15= 66-3⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -7⋅17 +8⋅(66 -3⋅ 17)
= -7⋅17 +8⋅66 -24⋅ 17)
= 8⋅66 -31⋅ 17 (=1)
17= 83-1⋅66 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 8⋅66 -31⋅(83 -1⋅ 66)
= 8⋅66 -31⋅83 +31⋅ 66)
= -31⋅83 +39⋅ 66 (=1)

Es gilt also: ggt(83,66)=1 = -31⋅83 +39⋅66

oder wenn man -31⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +31⋅83 = +39⋅66

Es gilt also: 39⋅66 = 31⋅83 +1

Somit 39⋅66 = 1 mod 83

39 ist also das Inverse von 66 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.