Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (153 - 9002) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(153 - 9002) mod 3 ≡ (153 mod 3 - 9002 mod 3) mod 3.

153 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 153 = 150+3 = 3 ⋅ 50 +3.

9002 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9002 = 9000+2 = 3 ⋅ 3000 +2.

Somit gilt:

(153 - 9002) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 33) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 33) mod 10 ≡ (64 mod 10 ⋅ 33 mod 10) mod 10.

64 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 60 + 4 = 6 ⋅ 10 + 4 ist.

33 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 30 + 3 = 3 ⋅ 10 + 3 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 33) mod 10 ≡ (4 ⋅ 3) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24416 mod 449.

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. 244 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 2441=244

2: 2442=2441+1=2441⋅2441 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 268 mod 449

4: 2444=2442+2=2442⋅2442 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 433 mod 449

8: 2448=2444+4=2444⋅2444 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 256 mod 449

16: 24416=2448+8=2448⋅2448 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 431 mod 449

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 793238 mod 839.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 7931=793

2: 7932=7931+1=7931⋅7931 ≡ 793⋅793=628849 ≡ 438 mod 839

4: 7934=7932+2=7932⋅7932 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 552 mod 839

8: 7938=7934+4=7934⋅7934 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 147 mod 839

16: 79316=7938+8=7938⋅7938 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 634 mod 839

32: 79332=79316+16=79316⋅79316 ≡ 634⋅634=401956 ≡ 75 mod 839

64: 79364=79332+32=79332⋅79332 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 591 mod 839

128: 793128=79364+64=79364⋅79364 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 257 mod 839

793238

= 793128+64+32+8+4+2

= 793128⋅79364⋅79332⋅7938⋅7934⋅7932

257 ⋅ 591 ⋅ 75 ⋅ 147 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839
151887 ⋅ 75 ⋅ 147 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839 ≡ 28 ⋅ 75 ⋅ 147 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839
2100 ⋅ 147 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839 ≡ 422 ⋅ 147 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839
62034 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839 ≡ 787 ⋅ 552 ⋅ 438 mod 839
434424 ⋅ 438 mod 839 ≡ 661 ⋅ 438 mod 839
289518 mod 839 ≡ 63 mod 839

Es gilt also: 793238 ≡ 63 mod 839

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 63

=>83 = 1⋅63 + 20
=>63 = 3⋅20 + 3
=>20 = 6⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,63)=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= 20-6⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(20 -6⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅20 +6⋅ 3)
= -1⋅20 +7⋅ 3 (=1)
3= 63-3⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅20 +7⋅(63 -3⋅ 20)
= -1⋅20 +7⋅63 -21⋅ 20)
= 7⋅63 -22⋅ 20 (=1)
20= 83-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅63 -22⋅(83 -1⋅ 63)
= 7⋅63 -22⋅83 +22⋅ 63)
= -22⋅83 +29⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(83,63)=1 = -22⋅83 +29⋅63

oder wenn man -22⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +22⋅83 = +29⋅63

Es gilt also: 29⋅63 = 22⋅83 +1

Somit 29⋅63 = 1 mod 83

29 ist also das Inverse von 63 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.