Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (320 + 3197) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(320 + 3197) mod 8 ≡ (320 mod 8 + 3197 mod 8) mod 8.

320 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 320 = 320+0 = 8 ⋅ 40 +0.

3197 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3197 = 3200-3 = 8 ⋅ 400 -3 = 8 ⋅ 400 - 8 + 5.

Somit gilt:

(320 + 3197) mod 8 ≡ (0 + 5) mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 30) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 30) mod 9 ≡ (24 mod 9 ⋅ 30 mod 9) mod 9.

24 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 18 + 6 = 2 ⋅ 9 + 6 ist.

30 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 27 + 3 = 3 ⋅ 9 + 3 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 30) mod 9 ≡ (6 ⋅ 3) mod 9 ≡ 18 mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 239128 mod 509.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 239 -> x
2. mod(x²,509) -> 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: 2391=239

2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 113 mod 509

4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 44 mod 509

8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 44⋅44=1936 ≡ 409 mod 509

16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 409⋅409=167281 ≡ 329 mod 509

32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 333 mod 509

64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 333⋅333=110889 ≡ 436 mod 509

128: 239128=23964+64=23964⋅23964 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 239 mod 509

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 638161 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 161 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 161 an und zerlegen 161 in eine Summer von 2er-Potenzen:

161 = 128+32+1

1: 6381=638

2: 6382=6381+1=6381⋅6381 ≡ 638⋅638=407044 ≡ 798 mod 887

4: 6384=6382+2=6382⋅6382 ≡ 798⋅798=636804 ≡ 825 mod 887

8: 6388=6384+4=6384⋅6384 ≡ 825⋅825=680625 ≡ 296 mod 887

16: 63816=6388+8=6388⋅6388 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 690 mod 887

32: 63832=63816+16=63816⋅63816 ≡ 690⋅690=476100 ≡ 668 mod 887

64: 63864=63832+32=63832⋅63832 ≡ 668⋅668=446224 ≡ 63 mod 887

128: 638128=63864+64=63864⋅63864 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 421 mod 887

638161

= 638128+32+1

= 638128⋅63832⋅6381

421 ⋅ 668 ⋅ 638 mod 887
281228 ⋅ 638 mod 887 ≡ 49 ⋅ 638 mod 887
31262 mod 887 ≡ 217 mod 887

Es gilt also: 638161 ≡ 217 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 20.

Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 20

=>53 = 2⋅20 + 13
=>20 = 1⋅13 + 7
=>13 = 1⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,20)=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= 7-1⋅6
6= 13-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(13 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅13 +1⋅ 7)
= -1⋅13 +2⋅ 7 (=1)
7= 20-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅13 +2⋅(20 -1⋅ 13)
= -1⋅13 +2⋅20 -2⋅ 13)
= 2⋅20 -3⋅ 13 (=1)
13= 53-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅20 -3⋅(53 -2⋅ 20)
= 2⋅20 -3⋅53 +6⋅ 20)
= -3⋅53 +8⋅ 20 (=1)

Es gilt also: ggt(53,20)=1 = -3⋅53 +8⋅20

oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅53 = +8⋅20

Es gilt also: 8⋅20 = 3⋅53 +1

Somit 8⋅20 = 1 mod 53

8 ist also das Inverse von 20 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.