Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3196 + 24002) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3196 + 24002) mod 8 ≡ (3196 mod 8 + 24002 mod 8) mod 8.

3196 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3196 = 3200-4 = 8 ⋅ 400 -4 = 8 ⋅ 400 - 8 + 4.

24002 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24002 = 24000+2 = 8 ⋅ 3000 +2.

Somit gilt:

(3196 + 24002) mod 8 ≡ (4 + 2) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 89) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 89) mod 3 ≡ (54 mod 3 ⋅ 89 mod 3) mod 3.

54 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 54 + 0 = 18 ⋅ 3 + 0 ist.

89 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 87 + 2 = 29 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 89) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 31816 mod 419.

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. 318 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 3181=318

2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 145 mod 419

4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 75 mod 419

8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 178 mod 419

16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 259 mod 419

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 186165 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 165 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 165 an und zerlegen 165 in eine Summer von 2er-Potenzen:

165 = 128+32+4+1

1: 1861=186

2: 1862=1861+1=1861⋅1861 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 164 mod 269

4: 1864=1862+2=1862⋅1862 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 265 mod 269

8: 1868=1864+4=1864⋅1864 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 16 mod 269

16: 18616=1868+8=1868⋅1868 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 269

32: 18632=18616+16=18616⋅18616 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 169 mod 269

64: 18664=18632+32=18632⋅18632 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 47 mod 269

128: 186128=18664+64=18664⋅18664 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 57 mod 269

186165

= 186128+32+4+1

= 186128⋅18632⋅1864⋅1861

57 ⋅ 169 ⋅ 265 ⋅ 186 mod 269
9633 ⋅ 265 ⋅ 186 mod 269 ≡ 218 ⋅ 265 ⋅ 186 mod 269
57770 ⋅ 186 mod 269 ≡ 204 ⋅ 186 mod 269
37944 mod 269 ≡ 15 mod 269

Es gilt also: 186165 ≡ 15 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 51

=>97 = 1⋅51 + 46
=>51 = 1⋅46 + 5
=>46 = 9⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,51)=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= 46-9⋅5
5= 51-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅46 -9⋅(51 -1⋅ 46)
= 1⋅46 -9⋅51 +9⋅ 46)
= -9⋅51 +10⋅ 46 (=1)
46= 97-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅51 +10⋅(97 -1⋅ 51)
= -9⋅51 +10⋅97 -10⋅ 51)
= 10⋅97 -19⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(97,51)=1 = 10⋅97 -19⋅51

oder wenn man 10⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅97 = -19⋅51

-19⋅51 = -10⋅97 + 1 |+97⋅51

-19⋅51 + 97⋅51 = -10⋅97 + 97⋅51 + 1

(-19 + 97) ⋅ 51 = (-10 + 51) ⋅ 97 + 1

78⋅51 = 41⋅97 + 1

Es gilt also: 78⋅51 = 41⋅97 +1

Somit 78⋅51 = 1 mod 97

78 ist also das Inverse von 51 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.