Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (121 + 1200) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(121 + 1200) mod 3 ≡ (121 mod 3 + 1200 mod 3) mod 3.

121 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 121 = 120+1 = 3 ⋅ 40 +1.

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

Somit gilt:

(121 + 1200) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 24) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40 ⋅ 24) mod 8 ≡ (40 mod 8 ⋅ 24 mod 8) mod 8.

40 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 40 + 0 = 5 ⋅ 8 + 0 ist.

24 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 3 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(40 ⋅ 24) mod 8 ≡ (0 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24064 mod 281.

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. 240 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2401=240

2: 2402=2401+1=2401⋅2401 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 276 mod 281

4: 2404=2402+2=2402⋅2402 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 25 mod 281

8: 2408=2404+4=2404⋅2404 ≡ 25⋅25=625 ≡ 63 mod 281

16: 24016=2408+8=2408⋅2408 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281

32: 24032=24016+16=24016⋅24016 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 101 mod 281

64: 24064=24032+32=24032⋅24032 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 85 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 281107 mod 719.

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: 2811=281

2: 2812=2811+1=2811⋅2811 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 590 mod 719

4: 2814=2812+2=2812⋅2812 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 104 mod 719

8: 2818=2814+4=2814⋅2814 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 31 mod 719

16: 28116=2818+8=2818⋅2818 ≡ 31⋅31=961 ≡ 242 mod 719

32: 28132=28116+16=28116⋅28116 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 325 mod 719

64: 28164=28132+32=28132⋅28132 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 651 mod 719

281107

= 28164+32+8+2+1

= 28164⋅28132⋅2818⋅2812⋅2811

651 ⋅ 325 ⋅ 31 ⋅ 590 ⋅ 281 mod 719
211575 ⋅ 31 ⋅ 590 ⋅ 281 mod 719 ≡ 189 ⋅ 31 ⋅ 590 ⋅ 281 mod 719
5859 ⋅ 590 ⋅ 281 mod 719 ≡ 107 ⋅ 590 ⋅ 281 mod 719
63130 ⋅ 281 mod 719 ≡ 577 ⋅ 281 mod 719
162137 mod 719 ≡ 362 mod 719

Es gilt also: 281107 ≡ 362 mod 719

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 34

=>61 = 1⋅34 + 27
=>34 = 1⋅27 + 7
=>27 = 3⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,34)=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= 7-1⋅6
6= 27-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(27 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅27 +3⋅ 7)
= -1⋅27 +4⋅ 7 (=1)
7= 34-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅27 +4⋅(34 -1⋅ 27)
= -1⋅27 +4⋅34 -4⋅ 27)
= 4⋅34 -5⋅ 27 (=1)
27= 61-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅34 -5⋅(61 -1⋅ 34)
= 4⋅34 -5⋅61 +5⋅ 34)
= -5⋅61 +9⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(61,34)=1 = -5⋅61 +9⋅34

oder wenn man -5⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅61 = +9⋅34

Es gilt also: 9⋅34 = 5⋅61 +1

Somit 9⋅34 = 1 mod 61

9 ist also das Inverse von 34 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.