Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5999 + 597) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5999 + 597) mod 3 ≡ (5999 mod 3 + 597 mod 3) mod 3.

5999 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5999 = 6000-1 = 3 ⋅ 2000 -1 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 2.

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

Somit gilt:

(5999 + 597) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 70) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 70) mod 10 ≡ (63 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.

63 mod 10 ≡ 3 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 6 ⋅ 10 + 3 ist.

70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 70) mod 10 ≡ (3 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18332 mod 257.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 183 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1831=183

2: 1832=1831+1=1831⋅1831 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 79 mod 257

4: 1834=1832+2=1832⋅1832 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 73 mod 257

8: 1838=1834+4=1834⋅1834 ≡ 73⋅73=5329 ≡ 189 mod 257

16: 18316=1838+8=1838⋅1838 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 255 mod 257

32: 18332=18316+16=18316⋅18316 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 4 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 358213 mod 673.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 213 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 213 an und zerlegen 213 in eine Summer von 2er-Potenzen:

213 = 128+64+16+4+1

1: 3581=358

2: 3582=3581+1=3581⋅3581 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 294 mod 673

4: 3584=3582+2=3582⋅3582 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 292 mod 673

8: 3588=3584+4=3584⋅3584 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 466 mod 673

16: 35816=3588+8=3588⋅3588 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 450 mod 673

32: 35832=35816+16=35816⋅35816 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 600 mod 673

64: 35864=35832+32=35832⋅35832 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673

128: 358128=35864+64=35864⋅35864 ≡ 618⋅618=381924 ≡ 333 mod 673

358213

= 358128+64+16+4+1

= 358128⋅35864⋅35816⋅3584⋅3581

≡ 333 ⋅ 618 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 205794 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673 ≡ 529 ⋅ 450 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 238050 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673 ≡ 481 ⋅ 292 ⋅ 358 mod 673
≡ 140452 ⋅ 358 mod 673 ≡ 468 ⋅ 358 mod 673
≡ 167544 mod 673 ≡ 640 mod 673

Es gilt also: 358213 ≡ 640 mod 673

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 51

=>67 = 1⋅51 + 16
=>51 = 3⋅16 + 3
=>16 = 5⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,51)=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= 51-3⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅16 -5⋅(51 -3⋅ 16)
= 1⋅16 -5⋅51 +15⋅ 16)
= -5⋅51 +16⋅ 16 (=1)
16= 67-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅51 +16⋅(67 -1⋅ 51)
= -5⋅51 +16⋅67 -16⋅ 51)
= 16⋅67 -21⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(67,51)=1 = 16⋅67 -21⋅51

oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅67 = -21⋅51

-21⋅51 = -16⋅67 + 1 |+67⋅51

-21⋅51 + 67⋅51 = -16⋅67 + 67⋅51 + 1

(-21 + 67) ⋅ 51 = (-16 + 51) ⋅ 67 + 1

46⋅51 = 35⋅67 + 1

Es gilt also: 46⋅51 = 35⋅67 +1

Somit 46⋅51 = 1 mod 67

46 ist also das Inverse von 51 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 71 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.