Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (62 - 897) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(62 - 897) mod 3 ≡ (62 mod 3 - 897 mod 3) mod 3.

62 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60+2 = 3 ⋅ 20 +2.

897 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 897 = 900-3 = 3 ⋅ 300 -3 = 3 ⋅ 300 - 3 + 0.

Somit gilt:

(62 - 897) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 24) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(22 ⋅ 24) mod 9 ≡ (22 mod 9 ⋅ 24 mod 9) mod 9.

22 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 18 + 4 = 2 ⋅ 9 + 4 ist.

24 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 18 + 6 = 2 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(22 ⋅ 24) mod 9 ≡ (4 ⋅ 6) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 19416 mod 443.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 194 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 1941=194

2: 1942=1941+1=1941⋅1941 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 424 mod 443

4: 1944=1942+2=1942⋅1942 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 361 mod 443

8: 1948=1944+4=1944⋅1944 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 79 mod 443

16: 19416=1948+8=1948⋅1948 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 39 mod 443

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 99129 mod 317.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 129 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 129 an und zerlegen 129 in eine Summer von 2er-Potenzen:

129 = 128+1

1: 991=99

2: 992=991+1=991⋅991 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 291 mod 317

4: 994=992+2=992⋅992 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 42 mod 317

8: 998=994+4=994⋅994 ≡ 42⋅42=1764 ≡ 179 mod 317

16: 9916=998+8=998⋅998 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 24 mod 317

32: 9932=9916+16=9916⋅9916 ≡ 24⋅24=576 ≡ 259 mod 317

64: 9964=9932+32=9932⋅9932 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 194 mod 317

128: 99128=9964+64=9964⋅9964 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 230 mod 317

99129

= 99128+1

= 99128⋅991

230 ⋅ 99 mod 317
22770 mod 317 ≡ 263 mod 317

Es gilt also: 99129 ≡ 263 mod 317

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 21.

Also bestimme x, so dass 21 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 21

=>53 = 2⋅21 + 11
=>21 = 1⋅11 + 10
=>11 = 1⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,21)=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= 11-1⋅10
10= 21-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11)
= -1⋅21 +2⋅ 11 (=1)
11= 53-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅21 +2⋅(53 -2⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅53 -4⋅ 21)
= 2⋅53 -5⋅ 21 (=1)

Es gilt also: ggt(53,21)=1 = 2⋅53 -5⋅21

oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅53 = -5⋅21

-5⋅21 = -2⋅53 + 1 |+53⋅21

-5⋅21 + 53⋅21 = -2⋅53 + 53⋅21 + 1

(-5 + 53) ⋅ 21 = (-2 + 21) ⋅ 53 + 1

48⋅21 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 48⋅21 = 19⋅53 +1

Somit 48⋅21 = 1 mod 53

48 ist also das Inverse von 21 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

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