Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (156 - 233) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(156 - 233) mod 8 ≡ (156 mod 8 - 233 mod 8) mod 8.

156 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 156 = 160-4 = 8 ⋅ 20 -4 = 8 ⋅ 20 - 8 + 4.

233 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 233 = 240-7 = 8 ⋅ 30 -7 = 8 ⋅ 30 - 8 + 1.

Somit gilt:

(156 - 233) mod 8 ≡ (4 - 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 38) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 38) mod 11 ≡ (54 mod 11 ⋅ 38 mod 11) mod 11.

54 mod 11 ≡ 10 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 44 + 10 = 4 ⋅ 11 + 10 ist.

38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 38) mod 11 ≡ (10 ⋅ 5) mod 11 ≡ 50 mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 114128 mod 269.

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. 114 -> x
2. mod(x²,269) -> 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: 1141=114

2: 1142=1141+1=1141⋅1141 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 84 mod 269

4: 1144=1142+2=1142⋅1142 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 62 mod 269

8: 1148=1144+4=1144⋅1144 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 78 mod 269

16: 11416=1148+8=1148⋅1148 ≡ 78⋅78=6084 ≡ 166 mod 269

32: 11432=11416+16=11416⋅11416 ≡ 166⋅166=27556 ≡ 118 mod 269

64: 11464=11432+32=11432⋅11432 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 205 mod 269

128: 114128=11464+64=11464⋅11464 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 61 mod 269

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 513198 mod 659.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 198 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 198 an und zerlegen 198 in eine Summer von 2er-Potenzen:

198 = 128+64+4+2

1: 5131=513

2: 5132=5131+1=5131⋅5131 ≡ 513⋅513=263169 ≡ 228 mod 659

4: 5134=5132+2=5132⋅5132 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 582 mod 659

8: 5138=5134+4=5134⋅5134 ≡ 582⋅582=338724 ≡ 657 mod 659

16: 51316=5138+8=5138⋅5138 ≡ 657⋅657=431649 ≡ 4 mod 659

32: 51332=51316+16=51316⋅51316 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 659

64: 51364=51332+32=51332⋅51332 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 659

128: 513128=51364+64=51364⋅51364 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 295 mod 659

513198

= 513128+64+4+2

= 513128⋅51364⋅5134⋅5132

295 ⋅ 256 ⋅ 582 ⋅ 228 mod 659
75520 ⋅ 582 ⋅ 228 mod 659 ≡ 394 ⋅ 582 ⋅ 228 mod 659
229308 ⋅ 228 mod 659 ≡ 635 ⋅ 228 mod 659
144780 mod 659 ≡ 459 mod 659

Es gilt also: 513198 ≡ 459 mod 659

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 42

=>53 = 1⋅42 + 11
=>42 = 3⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,42)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 42-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(42 -3⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅42 -15⋅ 11)
= 5⋅42 -19⋅ 11 (=1)
11= 53-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -19⋅(53 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -19⋅53 +19⋅ 42)
= -19⋅53 +24⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(53,42)=1 = -19⋅53 +24⋅42

oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅53 = +24⋅42

Es gilt also: 24⋅42 = 19⋅53 +1

Somit 24⋅42 = 1 mod 53

24 ist also das Inverse von 42 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.