Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1999 - 11997) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1999 - 11997) mod 4 ≡ (1999 mod 4 - 11997 mod 4) mod 4.

1999 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1999 = 1900+99 = 4 ⋅ 475 +99.

11997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11997 = 11000+997 = 4 ⋅ 2750 +997.

Somit gilt:

(1999 - 11997) mod 4 ≡ (3 - 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 74) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 74) mod 4 ≡ (52 mod 4 ⋅ 74 mod 4) mod 4.

52 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 52 + 0 = 13 ⋅ 4 + 0 ist.

74 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 18 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 74) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 10316 mod 233.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 103 -> 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: 1031=103

2: 1032=1031+1=1031⋅1031 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 124 mod 233

4: 1034=1032+2=1032⋅1032 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 231 mod 233

8: 1038=1034+4=1034⋅1034 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 4 mod 233

16: 10316=1038+8=1038⋅1038 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 272167 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 167 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 167 an und zerlegen 167 in eine Summer von 2er-Potenzen:

167 = 128+32+4+2+1

1: 2721=272

2: 2722=2721+1=2721⋅2721 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 240 mod 419

4: 2724=2722+2=2722⋅2722 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 197 mod 419

8: 2728=2724+4=2724⋅2724 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 261 mod 419

16: 27216=2728+8=2728⋅2728 ≡ 261⋅261=68121 ≡ 243 mod 419

32: 27232=27216+16=27216⋅27216 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 389 mod 419

64: 27264=27232+32=27232⋅27232 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 62 mod 419

128: 272128=27264+64=27264⋅27264 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 73 mod 419

272167

= 272128+32+4+2+1

= 272128⋅27232⋅2724⋅2722⋅2721

≡ 73 ⋅ 389 ⋅ 197 ⋅ 240 ⋅ 272 mod 419
≡ 28397 ⋅ 197 ⋅ 240 ⋅ 272 mod 419 ≡ 324 ⋅ 197 ⋅ 240 ⋅ 272 mod 419
≡ 63828 ⋅ 240 ⋅ 272 mod 419 ≡ 140 ⋅ 240 ⋅ 272 mod 419
≡ 33600 ⋅ 272 mod 419 ≡ 80 ⋅ 272 mod 419
≡ 21760 mod 419 ≡ 391 mod 419

Es gilt also: 272167 ≡ 391 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72

=>89 = 1⋅72 + 17
=>72 = 4⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4
4= 72-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17)
= -4⋅72 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72)
= 17⋅89 -21⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -21⋅72

-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72

-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1

(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1

68⋅72 = 55⋅89 + 1

Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1

Somit 68⋅72 = 1 mod 89

68 ist also das Inverse von 72 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.