Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 + 82) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 + 82) mod 4 ≡ (37 mod 4 + 82 mod 4) mod 4.

37 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 40-3 = 4 ⋅ 10 -3 = 4 ⋅ 10 - 4 + 1.

82 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80+2 = 4 ⋅ 20 +2.

Somit gilt:

(37 + 82) mod 4 ≡ (1 + 2) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 24) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 24) mod 11 ≡ (64 mod 11 ⋅ 24 mod 11) mod 11.

64 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 55 + 9 = 5 ⋅ 11 + 9 ist.

24 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 22 + 2 = 2 ⋅ 11 + 2 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 24) mod 11 ≡ (9 ⋅ 2) mod 11 ≡ 18 mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 376128 mod 563.

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. 376 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 3761=376

2: 3762=3761+1=3761⋅3761 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 63 mod 563

4: 3764=3762+2=3762⋅3762 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 28 mod 563

8: 3768=3764+4=3764⋅3764 ≡ 28⋅28=784 ≡ 221 mod 563

16: 37616=3768+8=3768⋅3768 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 423 mod 563

32: 37632=37616+16=37616⋅37616 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 458 mod 563

64: 37664=37632+32=37632⋅37632 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 328 mod 563

128: 376128=37664+64=37664⋅37664 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 51 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 318170 mod 547.

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: 3181=318

2: 3182=3181+1=3181⋅3181 ≡ 318⋅318=101124 ≡ 476 mod 547

4: 3184=3182+2=3182⋅3182 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 118 mod 547

8: 3188=3184+4=3184⋅3184 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 249 mod 547

16: 31816=3188+8=3188⋅3188 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 190 mod 547

32: 31832=31816+16=31816⋅31816 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 545 mod 547

64: 31864=31832+32=31832⋅31832 ≡ 545⋅545=297025 ≡ 4 mod 547

128: 318128=31864+64=31864⋅31864 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 547

318170

= 318128+32+8+2

= 318128⋅31832⋅3188⋅3182

16 ⋅ 545 ⋅ 249 ⋅ 476 mod 547
8720 ⋅ 249 ⋅ 476 mod 547 ≡ 515 ⋅ 249 ⋅ 476 mod 547
128235 ⋅ 476 mod 547 ≡ 237 ⋅ 476 mod 547
112812 mod 547 ≡ 130 mod 547

Es gilt also: 318170 ≡ 130 mod 547

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 40

=>61 = 1⋅40 + 21
=>40 = 1⋅21 + 19
=>21 = 1⋅19 + 2
=>19 = 9⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,40)=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= 19-9⋅2
2= 21-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19)
= -9⋅21 +10⋅ 19 (=1)
19= 40-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21)
= 10⋅40 -19⋅ 21 (=1)
21= 61-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅40 -19⋅(61 -1⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅61 +19⋅ 40)
= -19⋅61 +29⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(61,40)=1 = -19⋅61 +29⋅40

oder wenn man -19⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅61 = +29⋅40

Es gilt also: 29⋅40 = 19⋅61 +1

Somit 29⋅40 = 1 mod 61

29 ist also das Inverse von 40 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.