Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1198 - 63) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1198 - 63) mod 3 ≡ (1198 mod 3 - 63 mod 3) mod 3.

1198 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1198 = 1200-2 = 3 ⋅ 400 -2 = 3 ⋅ 400 - 3 + 1.

63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60+3 = 3 ⋅ 20 +3.

Somit gilt:

(1198 - 63) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (79 ⋅ 36) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(79 ⋅ 36) mod 3 ≡ (79 mod 3 ⋅ 36 mod 3) mod 3.

79 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 79 = 78 + 1 = 26 ⋅ 3 + 1 ist.

36 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 36 + 0 = 12 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(79 ⋅ 36) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20664 mod 229.

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. 206 -> x
2. mod(x²,229) -> 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: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 71 mod 229

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 3 mod 229

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 229

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 229

32: 20632=20616+16=20616⋅20616 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 149 mod 229

64: 20664=20632+32=20632⋅20632 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 217 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 110107 mod 233.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 107 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 107 an und zerlegen 107 in eine Summer von 2er-Potenzen:

107 = 64+32+8+2+1

1: 1101=110

2: 1102=1101+1=1101⋅1101 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 217 mod 233

4: 1104=1102+2=1102⋅1102 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 23 mod 233

8: 1108=1104+4=1104⋅1104 ≡ 23⋅23=529 ≡ 63 mod 233

16: 11016=1108+8=1108⋅1108 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 8 mod 233

32: 11032=11016+16=11016⋅11016 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 233

64: 11064=11032+32=11032⋅11032 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 135 mod 233

110107

= 11064+32+8+2+1

= 11064⋅11032⋅1108⋅1102⋅1101

135 ⋅ 64 ⋅ 63 ⋅ 217 ⋅ 110 mod 233
8640 ⋅ 63 ⋅ 217 ⋅ 110 mod 233 ≡ 19 ⋅ 63 ⋅ 217 ⋅ 110 mod 233
1197 ⋅ 217 ⋅ 110 mod 233 ≡ 32 ⋅ 217 ⋅ 110 mod 233
6944 ⋅ 110 mod 233 ≡ 187 ⋅ 110 mod 233
20570 mod 233 ≡ 66 mod 233

Es gilt also: 110107 ≡ 66 mod 233

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 49.

Also bestimme x, so dass 49 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 49

=>89 = 1⋅49 + 40
=>49 = 1⋅40 + 9
=>40 = 4⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,49)=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= 9-2⋅4
4= 40-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(40 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅40 +8⋅ 9)
= -2⋅40 +9⋅ 9 (=1)
9= 49-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +9⋅(49 -1⋅ 40)
= -2⋅40 +9⋅49 -9⋅ 40)
= 9⋅49 -11⋅ 40 (=1)
40= 89-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅49 -11⋅(89 -1⋅ 49)
= 9⋅49 -11⋅89 +11⋅ 49)
= -11⋅89 +20⋅ 49 (=1)

Es gilt also: ggt(89,49)=1 = -11⋅89 +20⋅49

oder wenn man -11⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅89 = +20⋅49

Es gilt also: 20⋅49 = 11⋅89 +1

Somit 20⋅49 = 1 mod 89

20 ist also das Inverse von 49 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.