Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2002 + 203) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2002 + 203) mod 5 ≡ (2002 mod 5 + 203 mod 5) mod 5.

2002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2002 = 2000+2 = 5 ⋅ 400 +2.

203 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 203 = 200+3 = 5 ⋅ 40 +3.

Somit gilt:

(2002 + 203) mod 5 ≡ (2 + 3) mod 5 ≡ 5 mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 27) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 27) mod 5 ≡ (52 mod 5 ⋅ 27 mod 5) mod 5.

52 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 50 + 2 = 10 ⋅ 5 + 2 ist.

27 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 25 + 2 = 5 ⋅ 5 + 2 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 27) mod 5 ≡ (2 ⋅ 2) mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 188128 mod 383.

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. 188 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 1881=188

2: 1882=1881+1=1881⋅1881 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 108 mod 383

4: 1884=1882+2=1882⋅1882 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 174 mod 383

8: 1888=1884+4=1884⋅1884 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 19 mod 383

16: 18816=1888+8=1888⋅1888 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 383

32: 18832=18816+16=18816⋅18816 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 101 mod 383

64: 18864=18832+32=18832⋅18832 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 243 mod 383

128: 188128=18864+64=18864⋅18864 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 67 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 136170 mod 277.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 170 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 170 an und zerlegen 170 in eine Summer von 2er-Potenzen:

170 = 128+32+8+2

1: 1361=136

2: 1362=1361+1=1361⋅1361 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 214 mod 277

4: 1364=1362+2=1362⋅1362 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 91 mod 277

8: 1368=1364+4=1364⋅1364 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 248 mod 277

16: 13616=1368+8=1368⋅1368 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 10 mod 277

32: 13632=13616+16=13616⋅13616 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 277

64: 13664=13632+32=13632⋅13632 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 28 mod 277

128: 136128=13664+64=13664⋅13664 ≡ 28⋅28=784 ≡ 230 mod 277

136170

= 136128+32+8+2

= 136128⋅13632⋅1368⋅1362

230 ⋅ 100 ⋅ 248 ⋅ 214 mod 277
23000 ⋅ 248 ⋅ 214 mod 277 ≡ 9 ⋅ 248 ⋅ 214 mod 277
2232 ⋅ 214 mod 277 ≡ 16 ⋅ 214 mod 277
3424 mod 277 ≡ 100 mod 277

Es gilt also: 136170 ≡ 100 mod 277

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 68

=>97 = 1⋅68 + 29
=>68 = 2⋅29 + 10
=>29 = 2⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,68)=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= 10-1⋅9
9= 29-2⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(29 -2⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅29 +2⋅ 10)
= -1⋅29 +3⋅ 10 (=1)
10= 68-2⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅29 +3⋅(68 -2⋅ 29)
= -1⋅29 +3⋅68 -6⋅ 29)
= 3⋅68 -7⋅ 29 (=1)
29= 97-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅68 -7⋅(97 -1⋅ 68)
= 3⋅68 -7⋅97 +7⋅ 68)
= -7⋅97 +10⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(97,68)=1 = -7⋅97 +10⋅68

oder wenn man -7⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅97 = +10⋅68

Es gilt also: 10⋅68 = 7⋅97 +1

Somit 10⋅68 = 1 mod 97

10 ist also das Inverse von 68 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.