Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (296 - 11996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(296 - 11996) mod 6 ≡ (296 mod 6 - 11996 mod 6) mod 6.

296 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 296 = 300-4 = 6 ⋅ 50 -4 = 6 ⋅ 50 - 6 + 2.

11996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11996 = 12000-4 = 6 ⋅ 2000 -4 = 6 ⋅ 2000 - 6 + 2.

Somit gilt:

(296 - 11996) mod 6 ≡ (2 - 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 19) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 19) mod 3 ≡ (46 mod 3 ⋅ 19 mod 3) mod 3.

46 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 15 ⋅ 3 + 1 ist.

19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 19) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 370128 mod 449.

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. 370 -> x
2. mod(x²,449) -> 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: 3701=370

2: 3702=3701+1=3701⋅3701 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 404 mod 449

4: 3704=3702+2=3702⋅3702 ≡ 404⋅404=163216 ≡ 229 mod 449

8: 3708=3704+4=3704⋅3704 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 357 mod 449

16: 37016=3708+8=3708⋅3708 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 382 mod 449

32: 37032=37016+16=37016⋅37016 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 448 mod 449

64: 37064=37032+32=37032⋅37032 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 1 mod 449

128: 370128=37064+64=37064⋅37064 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 449

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 776191 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:

191 = 128+32+16+8+4+2+1

1: 7761=776

2: 7762=7761+1=7761⋅7761 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 835 mod 907

4: 7764=7762+2=7762⋅7762 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 649 mod 907

8: 7768=7764+4=7764⋅7764 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 353 mod 907

16: 77616=7768+8=7768⋅7768 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 350 mod 907

32: 77632=77616+16=77616⋅77616 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 55 mod 907

64: 77664=77632+32=77632⋅77632 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 304 mod 907

128: 776128=77664+64=77664⋅77664 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 809 mod 907

776191

= 776128+32+16+8+4+2+1

= 776128⋅77632⋅77616⋅7768⋅7764⋅7762⋅7761

≡ 809 ⋅ 55 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 44495 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 52 ⋅ 350 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 18200 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 60 ⋅ 353 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 21180 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 319 ⋅ 649 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 207031 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907 ≡ 235 ⋅ 835 ⋅ 776 mod 907
≡ 196225 ⋅ 776 mod 907 ≡ 313 ⋅ 776 mod 907
≡ 242888 mod 907 ≡ 719 mod 907

Es gilt also: 776191 ≡ 719 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 33.

Also bestimme x, so dass 33 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 33

=>83 = 2⋅33 + 17
=>33 = 1⋅17 + 16
=>17 = 1⋅16 + 1
=>16 = 16⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,33)=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= 17-1⋅16
16= 33-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -1⋅(33 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -1⋅33 +1⋅ 17)
= -1⋅33 +2⋅ 17 (=1)
17= 83-2⋅33 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅33 +2⋅(83 -2⋅ 33)
= -1⋅33 +2⋅83 -4⋅ 33)
= 2⋅83 -5⋅ 33 (=1)

Es gilt also: ggt(83,33)=1 = 2⋅83 -5⋅33

oder wenn man 2⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅83 = -5⋅33

-5⋅33 = -2⋅83 + 1 |+83⋅33

-5⋅33 + 83⋅33 = -2⋅83 + 83⋅33 + 1

(-5 + 83) ⋅ 33 = (-2 + 33) ⋅ 83 + 1

78⋅33 = 31⋅83 + 1

Es gilt also: 78⋅33 = 31⋅83 +1

Somit 78⋅33 = 1 mod 83

78 ist also das Inverse von 33 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.