Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1600 + 3201) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1600 + 3201) mod 8 ≡ (1600 mod 8 + 3201 mod 8) mod 8.

1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 8 ⋅ 200 +0.

3201 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3201 = 3200+1 = 8 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(1600 + 3201) mod 8 ≡ (0 + 1) mod 8 ≡ 1 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 70) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 70) mod 3 ≡ (93 mod 3 ⋅ 70 mod 3) mod 3.

93 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 93 + 0 = 31 ⋅ 3 + 0 ist.

70 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 69 + 1 = 23 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 70) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 42416 mod 443.

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. 424 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 4241=424

2: 4242=4241+1=4241⋅4241 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 361 mod 443

4: 4244=4242+2=4242⋅4242 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 79 mod 443

8: 4248=4244+4=4244⋅4244 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 39 mod 443

16: 42416=4248+8=4248⋅4248 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 192 mod 443

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 309230 mod 383.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:

230 = 128+64+32+4+2

1: 3091=309

2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 114 mod 383

4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 357 mod 383

8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 293 mod 383

16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 57 mod 383

32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 57⋅57=3249 ≡ 185 mod 383

64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 138 mod 383

128: 309128=30964+64=30964⋅30964 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 277 mod 383

309230

= 309128+64+32+4+2

= 309128⋅30964⋅30932⋅3094⋅3092

277 ⋅ 138 ⋅ 185 ⋅ 357 ⋅ 114 mod 383
38226 ⋅ 185 ⋅ 357 ⋅ 114 mod 383 ≡ 309 ⋅ 185 ⋅ 357 ⋅ 114 mod 383
57165 ⋅ 357 ⋅ 114 mod 383 ≡ 98 ⋅ 357 ⋅ 114 mod 383
34986 ⋅ 114 mod 383 ≡ 133 ⋅ 114 mod 383
15162 mod 383 ≡ 225 mod 383

Es gilt also: 309230 ≡ 225 mod 383

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 62.

Also bestimme x, so dass 62 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 62

=>67 = 1⋅62 + 5
=>62 = 12⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,62)=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= 5-2⋅2
2= 62-12⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(62 -12⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅62 +24⋅ 5)
= -2⋅62 +25⋅ 5 (=1)
5= 67-1⋅62 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅62 +25⋅(67 -1⋅ 62)
= -2⋅62 +25⋅67 -25⋅ 62)
= 25⋅67 -27⋅ 62 (=1)

Es gilt also: ggt(67,62)=1 = 25⋅67 -27⋅62

oder wenn man 25⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -25⋅67 = -27⋅62

-27⋅62 = -25⋅67 + 1 |+67⋅62

-27⋅62 + 67⋅62 = -25⋅67 + 67⋅62 + 1

(-27 + 67) ⋅ 62 = (-25 + 62) ⋅ 67 + 1

40⋅62 = 37⋅67 + 1

Es gilt also: 40⋅62 = 37⋅67 +1

Somit 40⋅62 = 1 mod 67

40 ist also das Inverse von 62 mod 67

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.