Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2996 - 1800) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2996 - 1800) mod 6 ≡ (2996 mod 6 - 1800 mod 6) mod 6.

2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996 = 3000-4 = 6 ⋅ 500 -4 = 6 ⋅ 500 - 6 + 2.

1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800 = 1800+0 = 6 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(2996 - 1800) mod 6 ≡ (2 - 0) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15 ⋅ 23) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15 ⋅ 23) mod 3 ≡ (15 mod 3 ⋅ 23 mod 3) mod 3.

15 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15 = 15 + 0 = 5 ⋅ 3 + 0 ist.

23 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23 = 21 + 2 = 7 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(15 ⋅ 23) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 33264 mod 337.

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. 332 -> x
2. mod(x²,337) -> 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: 3321=332

2: 3322=3321+1=3321⋅3321 ≡ 332⋅332=110224 ≡ 25 mod 337

4: 3324=3322+2=3322⋅3322 ≡ 25⋅25=625 ≡ 288 mod 337

8: 3328=3324+4=3324⋅3324 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 42 mod 337

16: 33216=3328+8=3328⋅3328 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 79 mod 337

32: 33232=33216+16=33216⋅33216 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 175 mod 337

64: 33264=33232+32=33232⋅33232 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 295 mod 337

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 16187 mod 251.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 87 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 87 an und zerlegen 87 in eine Summer von 2er-Potenzen:

87 = 64+16+4+2+1

1: 1611=161

2: 1612=1611+1=1611⋅1611 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 68 mod 251

4: 1614=1612+2=1612⋅1612 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 106 mod 251

8: 1618=1614+4=1614⋅1614 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 192 mod 251

16: 16116=1618+8=1618⋅1618 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 218 mod 251

32: 16132=16116+16=16116⋅16116 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 85 mod 251

64: 16164=16132+32=16132⋅16132 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 197 mod 251

16187

= 16164+16+4+2+1

= 16164⋅16116⋅1614⋅1612⋅1611

197 ⋅ 218 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
42946 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251 ≡ 25 ⋅ 106 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
2650 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251 ≡ 140 ⋅ 68 ⋅ 161 mod 251
9520 ⋅ 161 mod 251 ≡ 233 ⋅ 161 mod 251
37513 mod 251 ≡ 114 mod 251

Es gilt also: 16187 ≡ 114 mod 251

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 24.

Also bestimme x, so dass 24 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 24

=>59 = 2⋅24 + 11
=>24 = 2⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,24)=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= 11-5⋅2
2= 24-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11)
= -5⋅24 +11⋅ 11 (=1)
11= 59-2⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅24 +11⋅(59 -2⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅59 -22⋅ 24)
= 11⋅59 -27⋅ 24 (=1)

Es gilt also: ggt(59,24)=1 = 11⋅59 -27⋅24

oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅59 = -27⋅24

-27⋅24 = -11⋅59 + 1 |+59⋅24

-27⋅24 + 59⋅24 = -11⋅59 + 59⋅24 + 1

(-27 + 59) ⋅ 24 = (-11 + 24) ⋅ 59 + 1

32⋅24 = 13⋅59 + 1

Es gilt also: 32⋅24 = 13⋅59 +1

Somit 32⋅24 = 1 mod 59

32 ist also das Inverse von 24 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.