Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (323 + 1600) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(323 + 1600) mod 8 ≡ (323 mod 8 + 1600 mod 8) mod 8.

323 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 323 = 320+3 = 8 ⋅ 40 +3.

1600 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1600 = 1600+0 = 8 ⋅ 200 +0.

Somit gilt:

(323 + 1600) mod 8 ≡ (3 + 0) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 99) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 99) mod 11 ≡ (68 mod 11 ⋅ 99 mod 11) mod 11.

68 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 66 + 2 = 6 ⋅ 11 + 2 ist.

99 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 99 = 99 + 0 = 9 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 99) mod 11 ≡ (2 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23564 mod 653.

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. 235 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 2351=235

2: 2352=2351+1=2351⋅2351 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 373 mod 653

4: 2354=2352+2=2352⋅2352 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 40 mod 653

8: 2358=2354+4=2354⋅2354 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 294 mod 653

16: 23516=2358+8=2358⋅2358 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 240 mod 653

32: 23532=23516+16=23516⋅23516 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 136 mod 653

64: 23564=23532+32=23532⋅23532 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 212 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 82248 mod 269.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 821=82

2: 822=821+1=821⋅821 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 268 mod 269

4: 824=822+2=822⋅822 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 1 mod 269

8: 828=824+4=824⋅824 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

16: 8216=828+8=828⋅828 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

32: 8232=8216+16=8216⋅8216 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

64: 8264=8232+32=8232⋅8232 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

128: 82128=8264+64=8264⋅8264 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 269

82248

= 82128+64+32+16+8

= 82128⋅8264⋅8232⋅8216⋅828

1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
1 ⋅ 1 ⋅ 1 mod 269
1 ⋅ 1 mod 269
1 mod 269

Es gilt also: 82248 ≡ 1 mod 269

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 38

=>73 = 1⋅38 + 35
=>38 = 1⋅35 + 3
=>35 = 11⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,38)=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= 35-11⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(35 -11⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅35 +11⋅ 3)
= -1⋅35 +12⋅ 3 (=1)
3= 38-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +12⋅(38 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +12⋅38 -12⋅ 35)
= 12⋅38 -13⋅ 35 (=1)
35= 73-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅38 -13⋅(73 -1⋅ 38)
= 12⋅38 -13⋅73 +13⋅ 38)
= -13⋅73 +25⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(73,38)=1 = -13⋅73 +25⋅38

oder wenn man -13⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅73 = +25⋅38

Es gilt also: 25⋅38 = 13⋅73 +1

Somit 25⋅38 = 1 mod 73

25 ist also das Inverse von 38 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.