Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (154 + 1598) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(154 + 1598) mod 8 ≡ (154 mod 8 + 1598 mod 8) mod 8.

154 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 154 = 160-6 = 8 ⋅ 20 -6 = 8 ⋅ 20 - 8 + 2.

1598 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1598 = 1600-2 = 8 ⋅ 200 -2 = 8 ⋅ 200 - 8 + 6.

Somit gilt:

(154 + 1598) mod 8 ≡ (2 + 6) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 37) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 37) mod 3 ≡ (73 mod 3 ⋅ 37 mod 3) mod 3.

73 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 24 ⋅ 3 + 1 ist.

37 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 12 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 37) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 325128 mod 467.

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. 325 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 3251=325

2: 3252=3251+1=3251⋅3251 ≡ 325⋅325=105625 ≡ 83 mod 467

4: 3254=3252+2=3252⋅3252 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 351 mod 467

8: 3258=3254+4=3254⋅3254 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 380 mod 467

16: 32516=3258+8=3258⋅3258 ≡ 380⋅380=144400 ≡ 97 mod 467

32: 32532=32516+16=32516⋅32516 ≡ 97⋅97=9409 ≡ 69 mod 467

64: 32564=32532+32=32532⋅32532 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 91 mod 467

128: 325128=32564+64=32564⋅32564 ≡ 91⋅91=8281 ≡ 342 mod 467

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 415134 mod 523.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 134 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 134 an und zerlegen 134 in eine Summer von 2er-Potenzen:

134 = 128+4+2

1: 4151=415

2: 4152=4151+1=4151⋅4151 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 158 mod 523

4: 4154=4152+2=4152⋅4152 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 383 mod 523

8: 4158=4154+4=4154⋅4154 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 249 mod 523

16: 41516=4158+8=4158⋅4158 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 287 mod 523

32: 41532=41516+16=41516⋅41516 ≡ 287⋅287=82369 ≡ 258 mod 523

64: 41564=41532+32=41532⋅41532 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 143 mod 523

128: 415128=41564+64=41564⋅41564 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 52 mod 523

415134

= 415128+4+2

= 415128⋅4154⋅4152

≡ 52 ⋅ 383 ⋅ 158 mod 523
≡ 19916 ⋅ 158 mod 523 ≡ 42 ⋅ 158 mod 523
≡ 6636 mod 523 ≡ 360 mod 523

Es gilt also: 415134 ≡ 360 mod 523

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27

=>89 = 3⋅27 + 8
=>27 = 3⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 27-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8)
= 3⋅27 -10⋅ 8 (=1)
8= 89-3⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27)
= -10⋅89 +33⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +33⋅27

Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1

Somit 33⋅27 = 1 mod 89

33 ist also das Inverse von 27 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.