Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14998 - 3000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14998 - 3000) mod 3 ≡ (14998 mod 3 - 3000 mod 3) mod 3.

14998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14998 = 15000-2 = 3 ⋅ 5000 -2 = 3 ⋅ 5000 - 3 + 1.

3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 3 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(14998 - 3000) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 80) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 80) mod 3 ≡ (28 mod 3 ⋅ 80 mod 3) mod 3.

28 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 27 + 1 = 9 ⋅ 3 + 1 ist.

80 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 78 + 2 = 26 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 80) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43264 mod 863.

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. 432 -> x
2. mod(x²,863) -> 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: 4321=432

2: 4322=4321+1=4321⋅4321 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 216 mod 863

4: 4324=4322+2=4322⋅4322 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 54 mod 863

8: 4328=4324+4=4324⋅4324 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 327 mod 863

16: 43216=4328+8=4328⋅4328 ≡ 327⋅327=106929 ≡ 780 mod 863

32: 43232=43216+16=43216⋅43216 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 848 mod 863

64: 43264=43232+32=43232⋅43232 ≡ 848⋅848=719104 ≡ 225 mod 863

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 632221 mod 701.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:

221 = 128+64+16+8+4+1

1: 6321=632

2: 6322=6321+1=6321⋅6321 ≡ 632⋅632=399424 ≡ 555 mod 701

4: 6324=6322+2=6322⋅6322 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 286 mod 701

8: 6328=6324+4=6324⋅6324 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 480 mod 701

16: 63216=6328+8=6328⋅6328 ≡ 480⋅480=230400 ≡ 472 mod 701

32: 63232=63216+16=63216⋅63216 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 567 mod 701

64: 63264=63232+32=63232⋅63232 ≡ 567⋅567=321489 ≡ 431 mod 701

128: 632128=63264+64=63264⋅63264 ≡ 431⋅431=185761 ≡ 697 mod 701

632221

= 632128+64+16+8+4+1

= 632128⋅63264⋅63216⋅6328⋅6324⋅6321

697 ⋅ 431 ⋅ 472 ⋅ 480 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701
300407 ⋅ 472 ⋅ 480 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701 ≡ 379 ⋅ 472 ⋅ 480 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701
178888 ⋅ 480 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701 ≡ 133 ⋅ 480 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701
63840 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701 ≡ 49 ⋅ 286 ⋅ 632 mod 701
14014 ⋅ 632 mod 701 ≡ 695 ⋅ 632 mod 701
439240 mod 701 ≡ 414 mod 701

Es gilt also: 632221 ≡ 414 mod 701

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 54

=>83 = 1⋅54 + 29
=>54 = 1⋅29 + 25
=>29 = 1⋅25 + 4
=>25 = 6⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,54)=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= 25-6⋅4
4= 29-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -6⋅(29 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅29 +6⋅ 25)
= -6⋅29 +7⋅ 25 (=1)
25= 54-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅29 +7⋅(54 -1⋅ 29)
= -6⋅29 +7⋅54 -7⋅ 29)
= 7⋅54 -13⋅ 29 (=1)
29= 83-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅54 -13⋅(83 -1⋅ 54)
= 7⋅54 -13⋅83 +13⋅ 54)
= -13⋅83 +20⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(83,54)=1 = -13⋅83 +20⋅54

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +20⋅54

Es gilt also: 20⋅54 = 13⋅83 +1

Somit 20⋅54 = 1 mod 83

20 ist also das Inverse von 54 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.