Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3194 - 403) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3194 - 403) mod 8 ≡ (3194 mod 8 - 403 mod 8) mod 8.

3194 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3194 = 3200-6 = 8 ⋅ 400 -6 = 8 ⋅ 400 - 8 + 2.

403 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 403 = 400+3 = 8 ⋅ 50 +3.

Somit gilt:

(3194 - 403) mod 8 ≡ (2 - 3) mod 8 ≡ -1 mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 57) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 57) mod 10 ≡ (34 mod 10 ⋅ 57 mod 10) mod 10.

34 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 3 ⋅ 10 + 4 ist.

57 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 50 + 7 = 5 ⋅ 10 + 7 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 57) mod 10 ≡ (4 ⋅ 7) mod 10 ≡ 28 mod 10 ≡ 8 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43064 mod 571.

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. 430 -> x
2. mod(x²,571) -> 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: 4301=430

2: 4302=4301+1=4301⋅4301 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 467 mod 571

4: 4304=4302+2=4302⋅4302 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 538 mod 571

8: 4308=4304+4=4304⋅4304 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 518 mod 571

16: 43016=4308+8=4308⋅4308 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 525 mod 571

32: 43032=43016+16=43016⋅43016 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 403 mod 571

64: 43064=43032+32=43032⋅43032 ≡ 403⋅403=162409 ≡ 245 mod 571

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 86238 mod 263.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 861=86

2: 862=861+1=861⋅861 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 32 mod 263

4: 864=862+2=862⋅862 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 235 mod 263

8: 868=864+4=864⋅864 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 258 mod 263

16: 8616=868+8=868⋅868 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 25 mod 263

32: 8632=8616+16=8616⋅8616 ≡ 25⋅25=625 ≡ 99 mod 263

64: 8664=8632+32=8632⋅8632 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 70 mod 263

128: 86128=8664+64=8664⋅8664 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 166 mod 263

86238

= 86128+64+32+8+4+2

= 86128⋅8664⋅8632⋅868⋅864⋅862

166 ⋅ 70 ⋅ 99 ⋅ 258 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263
11620 ⋅ 99 ⋅ 258 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263 ≡ 48 ⋅ 99 ⋅ 258 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263
4752 ⋅ 258 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263 ≡ 18 ⋅ 258 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263
4644 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263 ≡ 173 ⋅ 235 ⋅ 32 mod 263
40655 ⋅ 32 mod 263 ≡ 153 ⋅ 32 mod 263
4896 mod 263 ≡ 162 mod 263

Es gilt also: 86238 ≡ 162 mod 263

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 42

=>71 = 1⋅42 + 29
=>42 = 1⋅29 + 13
=>29 = 2⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,42)=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= 13-4⋅3
3= 29-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(29 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅29 +8⋅ 13)
= -4⋅29 +9⋅ 13 (=1)
13= 42-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅29 +9⋅(42 -1⋅ 29)
= -4⋅29 +9⋅42 -9⋅ 29)
= 9⋅42 -13⋅ 29 (=1)
29= 71-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 9⋅42 -13⋅(71 -1⋅ 42)
= 9⋅42 -13⋅71 +13⋅ 42)
= -13⋅71 +22⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(71,42)=1 = -13⋅71 +22⋅42

oder wenn man -13⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅71 = +22⋅42

Es gilt also: 22⋅42 = 13⋅71 +1

Somit 22⋅42 = 1 mod 71

22 ist also das Inverse von 42 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.