Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32000 - 75) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32000 - 75) mod 8 ≡ (32000 mod 8 - 75 mod 8) mod 8.

32000 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32000 = 32000+0 = 8 ⋅ 4000 +0.

75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 80-5 = 8 ⋅ 10 -5 = 8 ⋅ 10 - 8 + 3.

Somit gilt:

(32000 - 75) mod 8 ≡ (0 - 3) mod 8 ≡ -3 mod 8 ≡ 5 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36 ⋅ 57) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36 ⋅ 57) mod 9 ≡ (36 mod 9 ⋅ 57 mod 9) mod 9.

36 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36 = 36 + 0 = 4 ⋅ 9 + 0 ist.

57 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 54 + 3 = 6 ⋅ 9 + 3 ist.

Somit gilt:

(36 ⋅ 57) mod 9 ≡ (0 ⋅ 3) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 367128 mod 607.

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. 367 -> x
2. mod(x²,607) -> 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: 3671=367

2: 3672=3671+1=3671⋅3671 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 542 mod 607

4: 3674=3672+2=3672⋅3672 ≡ 542⋅542=293764 ≡ 583 mod 607

8: 3678=3674+4=3674⋅3674 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 576 mod 607

16: 36716=3678+8=3678⋅3678 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 354 mod 607

32: 36732=36716+16=36716⋅36716 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 274 mod 607

64: 36764=36732+32=36732⋅36732 ≡ 274⋅274=75076 ≡ 415 mod 607

128: 367128=36764+64=36764⋅36764 ≡ 415⋅415=172225 ≡ 444 mod 607

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 51284 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 84 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 84 an und zerlegen 84 in eine Summer von 2er-Potenzen:

84 = 64+16+4

1: 5121=512

2: 5122=5121+1=5121⋅5121 ≡ 512⋅512=262144 ≡ 108 mod 601

4: 5124=5122+2=5122⋅5122 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 245 mod 601

8: 5128=5124+4=5124⋅5124 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 526 mod 601

16: 51216=5128+8=5128⋅5128 ≡ 526⋅526=276676 ≡ 216 mod 601

32: 51232=51216+16=51216⋅51216 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 379 mod 601

64: 51264=51232+32=51232⋅51232 ≡ 379⋅379=143641 ≡ 2 mod 601

51284

= 51264+16+4

= 51264⋅51216⋅5124

≡ 2 ⋅ 216 ⋅ 245 mod 601
≡ 432 ⋅ 245 mod 601
≡ 105840 mod 601 ≡ 64 mod 601

Es gilt also: 51284 ≡ 64 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 54

=>73 = 1⋅54 + 19
=>54 = 2⋅19 + 16
=>19 = 1⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,54)=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= 16-5⋅3
3= 19-1⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(19 -1⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅19 +5⋅ 16)
= -5⋅19 +6⋅ 16 (=1)
16= 54-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅19 +6⋅(54 -2⋅ 19)
= -5⋅19 +6⋅54 -12⋅ 19)
= 6⋅54 -17⋅ 19 (=1)
19= 73-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅54 -17⋅(73 -1⋅ 54)
= 6⋅54 -17⋅73 +17⋅ 54)
= -17⋅73 +23⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(73,54)=1 = -17⋅73 +23⋅54

oder wenn man -17⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅73 = +23⋅54

Es gilt also: 23⋅54 = 17⋅73 +1

Somit 23⋅54 = 1 mod 73

23 ist also das Inverse von 54 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.