Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (236 - 2404) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(236 - 2404) mod 6 ≡ (236 mod 6 - 2404 mod 6) mod 6.

236 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 236 = 240-4 = 6 ⋅ 40 -4 = 6 ⋅ 40 - 6 + 2.

2404 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2404 = 2400+4 = 6 ⋅ 400 +4.

Somit gilt:

(236 - 2404) mod 6 ≡ (2 - 4) mod 6 ≡ -2 mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 75) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 75) mod 4 ≡ (58 mod 4 ⋅ 75 mod 4) mod 4.

58 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 14 ⋅ 4 + 2 ist.

75 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 18 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 75) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32364 mod 827.

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. 323 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 3231=323

2: 3232=3231+1=3231⋅3231 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 127 mod 827

4: 3234=3232+2=3232⋅3232 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 416 mod 827

8: 3238=3234+4=3234⋅3234 ≡ 416⋅416=173056 ≡ 213 mod 827

16: 32316=3238+8=3238⋅3238 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 711 mod 827

32: 32332=32316+16=32316⋅32316 ≡ 711⋅711=505521 ≡ 224 mod 827

64: 32364=32332+32=32332⋅32332 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 556 mod 827

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 268205 mod 769.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 205 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 205 an und zerlegen 205 in eine Summer von 2er-Potenzen:

205 = 128+64+8+4+1

1: 2681=268

2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 307 mod 769

4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 307⋅307=94249 ≡ 431 mod 769

8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 432 mod 769

16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 526 mod 769

32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 605 mod 769

64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 750 mod 769

128: 268128=26864+64=26864⋅26864 ≡ 750⋅750=562500 ≡ 361 mod 769

268205

= 268128+64+8+4+1

= 268128⋅26864⋅2688⋅2684⋅2681

361 ⋅ 750 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
270750 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769 ≡ 62 ⋅ 432 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
26784 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769 ≡ 638 ⋅ 431 ⋅ 268 mod 769
274978 ⋅ 268 mod 769 ≡ 445 ⋅ 268 mod 769
119260 mod 769 ≡ 65 mod 769

Es gilt also: 268205 ≡ 65 mod 769

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 55.

Also bestimme x, so dass 55 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 55

=>97 = 1⋅55 + 42
=>55 = 1⋅42 + 13
=>42 = 3⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,55)=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= 13-4⋅3
3= 42-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(42 -3⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅42 +12⋅ 13)
= -4⋅42 +13⋅ 13 (=1)
13= 55-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅42 +13⋅(55 -1⋅ 42)
= -4⋅42 +13⋅55 -13⋅ 42)
= 13⋅55 -17⋅ 42 (=1)
42= 97-1⋅55 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅55 -17⋅(97 -1⋅ 55)
= 13⋅55 -17⋅97 +17⋅ 55)
= -17⋅97 +30⋅ 55 (=1)

Es gilt also: ggt(97,55)=1 = -17⋅97 +30⋅55

oder wenn man -17⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅97 = +30⋅55

Es gilt also: 30⋅55 = 17⋅97 +1

Somit 30⋅55 = 1 mod 97

30 ist also das Inverse von 55 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.