Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2397 - 1201) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2397 - 1201) mod 6 ≡ (2397 mod 6 - 1201 mod 6) mod 6.

2397 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2397 = 2400-3 = 6 ⋅ 400 -3 = 6 ⋅ 400 - 6 + 3.

1201 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 6 ⋅ 200 +1.

Somit gilt:

(2397 - 1201) mod 6 ≡ (3 - 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 47) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 47) mod 11 ≡ (24 mod 11 ⋅ 47 mod 11) mod 11.

24 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 22 + 2 = 2 ⋅ 11 + 2 ist.

47 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 44 + 3 = 4 ⋅ 11 + 3 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 47) mod 11 ≡ (2 ⋅ 3) mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36364 mod 487.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 363 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 3631=363

2: 3632=3631+1=3631⋅3631 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 279 mod 487

4: 3634=3632+2=3632⋅3632 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 408 mod 487

8: 3638=3634+4=3634⋅3634 ≡ 408⋅408=166464 ≡ 397 mod 487

16: 36316=3638+8=3638⋅3638 ≡ 397⋅397=157609 ≡ 308 mod 487

32: 36332=36316+16=36316⋅36316 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 386 mod 487

64: 36364=36332+32=36332⋅36332 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 461 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 212218 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 218 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 218 an und zerlegen 218 in eine Summer von 2er-Potenzen:

218 = 128+64+16+8+2

1: 2121=212

2: 2122=2121+1=2121⋅2121 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 118 mod 241

4: 2124=2122+2=2122⋅2122 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 187 mod 241

8: 2128=2124+4=2124⋅2124 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 24 mod 241

16: 21216=2128+8=2128⋅2128 ≡ 24⋅24=576 ≡ 94 mod 241

32: 21232=21216+16=21216⋅21216 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 160 mod 241

64: 21264=21232+32=21232⋅21232 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 54 mod 241

128: 212128=21264+64=21264⋅21264 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 24 mod 241

212218

= 212128+64+16+8+2

= 212128⋅21264⋅21216⋅2128⋅2122

24 ⋅ 54 ⋅ 94 ⋅ 24 ⋅ 118 mod 241
1296 ⋅ 94 ⋅ 24 ⋅ 118 mod 241 ≡ 91 ⋅ 94 ⋅ 24 ⋅ 118 mod 241
8554 ⋅ 24 ⋅ 118 mod 241 ≡ 119 ⋅ 24 ⋅ 118 mod 241
2856 ⋅ 118 mod 241 ≡ 205 ⋅ 118 mod 241
24190 mod 241 ≡ 90 mod 241

Es gilt also: 212218 ≡ 90 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 47

=>97 = 2⋅47 + 3
=>47 = 15⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,47)=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= 3-1⋅2
2= 47-15⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(47 -15⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅47 +15⋅ 3)
= -1⋅47 +16⋅ 3 (=1)
3= 97-2⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +16⋅(97 -2⋅ 47)
= -1⋅47 +16⋅97 -32⋅ 47)
= 16⋅97 -33⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(97,47)=1 = 16⋅97 -33⋅47

oder wenn man 16⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅97 = -33⋅47

-33⋅47 = -16⋅97 + 1 |+97⋅47

-33⋅47 + 97⋅47 = -16⋅97 + 97⋅47 + 1

(-33 + 97) ⋅ 47 = (-16 + 47) ⋅ 97 + 1

64⋅47 = 31⋅97 + 1

Es gilt also: 64⋅47 = 31⋅97 +1

Somit 64⋅47 = 1 mod 97

64 ist also das Inverse von 47 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.