Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (150 + 1203) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(150 + 1203) mod 3 ≡ (150 mod 3 + 1203 mod 3) mod 3.

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

1203 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1203 = 1200+3 = 3 ⋅ 400 +3.

Somit gilt:

(150 + 1203) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 28) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 28) mod 3 ≡ (87 mod 3 ⋅ 28 mod 3) mod 3.

87 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 87 + 0 = 29 ⋅ 3 + 0 ist.

28 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 9 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 28) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 825128 mod 859.

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. 825 -> x
2. mod(x²,859) -> 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: 8251=825

2: 8252=8251+1=8251⋅8251 ≡ 825⋅825=680625 ≡ 297 mod 859

4: 8254=8252+2=8252⋅8252 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 591 mod 859

8: 8258=8254+4=8254⋅8254 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 527 mod 859

16: 82516=8258+8=8258⋅8258 ≡ 527⋅527=277729 ≡ 272 mod 859

32: 82532=82516+16=82516⋅82516 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 110 mod 859

64: 82564=82532+32=82532⋅82532 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 74 mod 859

128: 825128=82564+64=82564⋅82564 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 322 mod 859

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 147149 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 149 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 149 an und zerlegen 149 in eine Summer von 2er-Potenzen:

149 = 128+16+4+1

1: 1471=147

2: 1472=1471+1=1471⋅1471 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 94 mod 331

4: 1474=1472+2=1472⋅1472 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 230 mod 331

8: 1478=1474+4=1474⋅1474 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 271 mod 331

16: 14716=1478+8=1478⋅1478 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 290 mod 331

32: 14732=14716+16=14716⋅14716 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 26 mod 331

64: 14764=14732+32=14732⋅14732 ≡ 26⋅26=676 ≡ 14 mod 331

128: 147128=14764+64=14764⋅14764 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 331

147149

= 147128+16+4+1

= 147128⋅14716⋅1474⋅1471

196 ⋅ 290 ⋅ 230 ⋅ 147 mod 331
56840 ⋅ 230 ⋅ 147 mod 331 ≡ 239 ⋅ 230 ⋅ 147 mod 331
54970 ⋅ 147 mod 331 ≡ 24 ⋅ 147 mod 331
3528 mod 331 ≡ 218 mod 331

Es gilt also: 147149 ≡ 218 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 35

=>73 = 2⋅35 + 3
=>35 = 11⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,35)=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= 35-11⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3)
= -1⋅35 +12⋅ 3 (=1)
3= 73-2⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +12⋅(73 -2⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅73 -24⋅ 35)
= 12⋅73 -25⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(73,35)=1 = 12⋅73 -25⋅35

oder wenn man 12⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -12⋅73 = -25⋅35

-25⋅35 = -12⋅73 + 1 |+73⋅35

-25⋅35 + 73⋅35 = -12⋅73 + 73⋅35 + 1

(-25 + 73) ⋅ 35 = (-12 + 35) ⋅ 73 + 1

48⋅35 = 23⋅73 + 1

Es gilt also: 48⋅35 = 23⋅73 +1

Somit 48⋅35 = 1 mod 73

48 ist also das Inverse von 35 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.