Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18002 - 1801) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18002 - 1801) mod 6 ≡ (18002 mod 6 - 1801 mod 6) mod 6.

18002 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18002 = 18000+2 = 6 ⋅ 3000 +2.

1801 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1801 = 1800+1 = 6 ⋅ 300 +1.

Somit gilt:

(18002 - 1801) mod 6 ≡ (2 - 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 54) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 54) mod 11 ≡ (71 mod 11 ⋅ 54 mod 11) mod 11.

71 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 6 ⋅ 11 + 5 ist.

54 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 44 + 10 = 4 ⋅ 11 + 10 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 54) mod 11 ≡ (5 ⋅ 10) mod 11 ≡ 50 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 129128 mod 233.

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. 129 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1291=129

2: 1292=1291+1=1291⋅1291 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 98 mod 233

4: 1294=1292+2=1292⋅1292 ≡ 98⋅98=9604 ≡ 51 mod 233

8: 1298=1294+4=1294⋅1294 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 38 mod 233

16: 12916=1298+8=1298⋅1298 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 46 mod 233

32: 12932=12916+16=12916⋅12916 ≡ 46⋅46=2116 ≡ 19 mod 233

64: 12964=12932+32=12932⋅12932 ≡ 19⋅19=361 ≡ 128 mod 233

128: 129128=12964+64=12964⋅12964 ≡ 128⋅128=16384 ≡ 74 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 237132 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 132 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 132 an und zerlegen 132 in eine Summer von 2er-Potenzen:

132 = 128+4

1: 2371=237

2: 2372=2371+1=2371⋅2371 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 217 mod 269

4: 2374=2372+2=2372⋅2372 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 14 mod 269

8: 2378=2374+4=2374⋅2374 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 269

16: 23716=2378+8=2378⋅2378 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 218 mod 269

32: 23732=23716+16=23716⋅23716 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 180 mod 269

64: 23764=23732+32=23732⋅23732 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 120 mod 269

128: 237128=23764+64=23764⋅23764 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 143 mod 269

237132

= 237128+4

= 237128⋅2374

143 ⋅ 14 mod 269
2002 mod 269 ≡ 119 mod 269

Es gilt also: 237132 ≡ 119 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 23

=>53 = 2⋅23 + 7
=>23 = 3⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,23)=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= 7-3⋅2
2= 23-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(23 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅23 +9⋅ 7)
= -3⋅23 +10⋅ 7 (=1)
7= 53-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅23 +10⋅(53 -2⋅ 23)
= -3⋅23 +10⋅53 -20⋅ 23)
= 10⋅53 -23⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(53,23)=1 = 10⋅53 -23⋅23

oder wenn man 10⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -10⋅53 = -23⋅23

-23⋅23 = -10⋅53 + 1 |+53⋅23

-23⋅23 + 53⋅23 = -10⋅53 + 53⋅23 + 1

(-23 + 53) ⋅ 23 = (-10 + 23) ⋅ 53 + 1

30⋅23 = 13⋅53 + 1

Es gilt also: 30⋅23 = 13⋅53 +1

Somit 30⋅23 = 1 mod 53

30 ist also das Inverse von 23 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.