Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (235 + 401) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(235 + 401) mod 8 ≡ (235 mod 8 + 401 mod 8) mod 8.

235 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 235 = 240-5 = 8 ⋅ 30 -5 = 8 ⋅ 30 - 8 + 3.

401 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 401 = 400+1 = 8 ⋅ 50 +1.

Somit gilt:

(235 + 401) mod 8 ≡ (3 + 1) mod 8 ≡ 4 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (33 ⋅ 79) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(33 ⋅ 79) mod 9 ≡ (33 mod 9 ⋅ 79 mod 9) mod 9.

33 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 27 + 6 = 3 ⋅ 9 + 6 ist.

79 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 72 + 7 = 8 ⋅ 9 + 7 ist.

Somit gilt:

(33 ⋅ 79) mod 9 ≡ (6 ⋅ 7) mod 9 ≡ 42 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 323128 mod 443.

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. 323 -> 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: 3231=323

2: 3232=3231+1=3231⋅3231 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 224 mod 443

4: 3234=3232+2=3232⋅3232 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 117 mod 443

8: 3238=3234+4=3234⋅3234 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 399 mod 443

16: 32316=3238+8=3238⋅3238 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 164 mod 443

32: 32332=32316+16=32316⋅32316 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 316 mod 443

64: 32364=32332+32=32332⋅32332 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 181 mod 443

128: 323128=32364+64=32364⋅32364 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 422 mod 443

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 181138 mod 373.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 138 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 138 an und zerlegen 138 in eine Summer von 2er-Potenzen:

138 = 128+8+2

1: 1811=181

2: 1812=1811+1=1811⋅1811 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 310 mod 373

4: 1814=1812+2=1812⋅1812 ≡ 310⋅310=96100 ≡ 239 mod 373

8: 1818=1814+4=1814⋅1814 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 52 mod 373

16: 18116=1818+8=1818⋅1818 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 93 mod 373

32: 18132=18116+16=18116⋅18116 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 70 mod 373

64: 18164=18132+32=18132⋅18132 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 51 mod 373

128: 181128=18164+64=18164⋅18164 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 363 mod 373

181138

= 181128+8+2

= 181128⋅1818⋅1812

363 ⋅ 52 ⋅ 310 mod 373
18876 ⋅ 310 mod 373 ≡ 226 ⋅ 310 mod 373
70060 mod 373 ≡ 309 mod 373

Es gilt also: 181138 ≡ 309 mod 373

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 63

=>71 = 1⋅63 + 8
=>63 = 7⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,63)=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= 8-1⋅7
7= 63-7⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(63 -7⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅63 +7⋅ 8)
= -1⋅63 +8⋅ 8 (=1)
8= 71-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +8⋅(71 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +8⋅71 -8⋅ 63)
= 8⋅71 -9⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(71,63)=1 = 8⋅71 -9⋅63

oder wenn man 8⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅71 = -9⋅63

-9⋅63 = -8⋅71 + 1 |+71⋅63

-9⋅63 + 71⋅63 = -8⋅71 + 71⋅63 + 1

(-9 + 71) ⋅ 63 = (-8 + 63) ⋅ 71 + 1

62⋅63 = 55⋅71 + 1

Es gilt also: 62⋅63 = 55⋅71 +1

Somit 62⋅63 = 1 mod 71

62 ist also das Inverse von 63 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.