Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (899 - 15001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(899 - 15001) mod 3 ≡ (899 mod 3 - 15001 mod 3) mod 3.

899 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 899 = 900-1 = 3 ⋅ 300 -1 = 3 ⋅ 300 - 3 + 2.

15001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15001 = 15000+1 = 3 ⋅ 5000 +1.

Somit gilt:

(899 - 15001) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 63) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 63) mod 4 ≡ (34 mod 4 ⋅ 63 mod 4) mod 4.

34 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 32 + 2 = 8 ⋅ 4 + 2 ist.

63 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 15 ⋅ 4 + 3 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 63) mod 4 ≡ (2 ⋅ 3) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 71432 mod 887.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 714 -> x
2. mod(x²,887) -> 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: 7141=714

2: 7142=7141+1=7141⋅7141 ≡ 714⋅714=509796 ≡ 658 mod 887

4: 7144=7142+2=7142⋅7142 ≡ 658⋅658=432964 ≡ 108 mod 887

8: 7148=7144+4=7144⋅7144 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 133 mod 887

16: 71416=7148+8=7148⋅7148 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 836 mod 887

32: 71432=71416+16=71416⋅71416 ≡ 836⋅836=698896 ≡ 827 mod 887

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 434193 mod 569.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 193 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 193 an und zerlegen 193 in eine Summer von 2er-Potenzen:

193 = 128+64+1

1: 4341=434

2: 4342=4341+1=4341⋅4341 ≡ 434⋅434=188356 ≡ 17 mod 569

4: 4344=4342+2=4342⋅4342 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 569

8: 4348=4344+4=4344⋅4344 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 447 mod 569

16: 43416=4348+8=4348⋅4348 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 90 mod 569

32: 43432=43416+16=43416⋅43416 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 134 mod 569

64: 43464=43432+32=43432⋅43432 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 317 mod 569

128: 434128=43464+64=43464⋅43464 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 345 mod 569

434193

= 434128+64+1

= 434128⋅43464⋅4341

≡ 345 ⋅ 317 ⋅ 434 mod 569
≡ 109365 ⋅ 434 mod 569 ≡ 117 ⋅ 434 mod 569
≡ 50778 mod 569 ≡ 137 mod 569

Es gilt also: 434193 ≡ 137 mod 569

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 28.

Also bestimme x, so dass 28 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 28

=>67 = 2⋅28 + 11
=>28 = 2⋅11 + 6
=>11 = 1⋅6 + 5
=>6 = 1⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,28)=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= 6-1⋅5
5= 11-1⋅6 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅6 -1⋅(11 -1⋅ 6)
= 1⋅6 -1⋅11 +1⋅ 6)
= -1⋅11 +2⋅ 6 (=1)
6= 28-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅11 +2⋅(28 -2⋅ 11)
= -1⋅11 +2⋅28 -4⋅ 11)
= 2⋅28 -5⋅ 11 (=1)
11= 67-2⋅28 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅28 -5⋅(67 -2⋅ 28)
= 2⋅28 -5⋅67 +10⋅ 28)
= -5⋅67 +12⋅ 28 (=1)

Es gilt also: ggt(67,28)=1 = -5⋅67 +12⋅28

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +12⋅28

Es gilt also: 12⋅28 = 5⋅67 +1

Somit 12⋅28 = 1 mod 67

12 ist also das Inverse von 28 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.