Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1803 + 119) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1803 + 119) mod 6 ≡ (1803 mod 6 + 119 mod 6) mod 6.

1803 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1803 = 1800+3 = 6 ⋅ 300 +3.

119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119 = 120-1 = 6 ⋅ 20 -1 = 6 ⋅ 20 - 6 + 5.

Somit gilt:

(1803 + 119) mod 6 ≡ (3 + 5) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 29) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 29) mod 11 ≡ (66 mod 11 ⋅ 29 mod 11) mod 11.

66 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 6 ⋅ 11 + 0 ist.

29 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 22 + 7 = 2 ⋅ 11 + 7 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 29) mod 11 ≡ (0 ⋅ 7) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 11464 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. 114 -> 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: 1141=114

2: 1142=1141+1=1141⋅1141 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 172 mod 229

4: 1144=1142+2=1142⋅1142 ≡ 172⋅172=29584 ≡ 43 mod 229

8: 1148=1144+4=1144⋅1144 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 17 mod 229

16: 11416=1148+8=1148⋅1148 ≡ 17⋅17=289 ≡ 60 mod 229

32: 11432=11416+16=11416⋅11416 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 165 mod 229

64: 11464=11432+32=11432⋅11432 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 203 mod 229

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 208182 mod 281.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 182 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 182 an und zerlegen 182 in eine Summer von 2er-Potenzen:

182 = 128+32+16+4+2

1: 2081=208

2: 2082=2081+1=2081⋅2081 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 271 mod 281

4: 2084=2082+2=2082⋅2082 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 100 mod 281

8: 2088=2084+4=2084⋅2084 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 165 mod 281

16: 20816=2088+8=2088⋅2088 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 249 mod 281

32: 20832=20816+16=20816⋅20816 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 181 mod 281

64: 20864=20832+32=20832⋅20832 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 165 mod 281

128: 208128=20864+64=20864⋅20864 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 249 mod 281

208182

= 208128+32+16+4+2

= 208128⋅20832⋅20816⋅2084⋅2082

249 ⋅ 181 ⋅ 249 ⋅ 100 ⋅ 271 mod 281
45069 ⋅ 249 ⋅ 100 ⋅ 271 mod 281 ≡ 109 ⋅ 249 ⋅ 100 ⋅ 271 mod 281
27141 ⋅ 100 ⋅ 271 mod 281 ≡ 165 ⋅ 100 ⋅ 271 mod 281
16500 ⋅ 271 mod 281 ≡ 202 ⋅ 271 mod 281
54742 mod 281 ≡ 228 mod 281

Es gilt also: 208182 ≡ 228 mod 281

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 27

=>61 = 2⋅27 + 7
=>27 = 3⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,27)=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= 61-2⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅27 +4⋅(61 -2⋅ 27)
= -1⋅27 +4⋅61 -8⋅ 27)
= 4⋅61 -9⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(61,27)=1 = 4⋅61 -9⋅27

oder wenn man 4⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅61 = -9⋅27

-9⋅27 = -4⋅61 + 1 |+61⋅27

-9⋅27 + 61⋅27 = -4⋅61 + 61⋅27 + 1

(-9 + 61) ⋅ 27 = (-4 + 27) ⋅ 61 + 1

52⋅27 = 23⋅61 + 1

Es gilt also: 52⋅27 = 23⋅61 +1

Somit 52⋅27 = 1 mod 61

52 ist also das Inverse von 27 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.