Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1203 + 23999) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1203 + 23999) mod 6 ≡ (1203 mod 6 + 23999 mod 6) mod 6.

1203 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1203 = 1200+3 = 6 ⋅ 200 +3.

23999 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23999 = 24000-1 = 6 ⋅ 4000 -1 = 6 ⋅ 4000 - 6 + 5.

Somit gilt:

(1203 + 23999) mod 6 ≡ (3 + 5) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 96) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 96) mod 7 ≡ (32 mod 7 ⋅ 96 mod 7) mod 7.

32 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 28 + 4 = 4 ⋅ 7 + 4 ist.

96 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 91 + 5 = 13 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 96) mod 7 ≡ (4 ⋅ 5) mod 7 ≡ 20 mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 48232 mod 643.

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. 482 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 4821=482

2: 4822=4821+1=4821⋅4821 ≡ 482⋅482=232324 ≡ 201 mod 643

4: 4824=4822+2=4822⋅4822 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 535 mod 643

8: 4828=4824+4=4824⋅4824 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 90 mod 643

16: 48216=4828+8=4828⋅4828 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 384 mod 643

32: 48232=48216+16=48216⋅48216 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 209 mod 643

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 208198 mod 443.

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: 2081=208

2: 2082=2081+1=2081⋅2081 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 293 mod 443

4: 2084=2082+2=2082⋅2082 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 350 mod 443

8: 2088=2084+4=2084⋅2084 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 232 mod 443

16: 20816=2088+8=2088⋅2088 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 221 mod 443

32: 20832=20816+16=20816⋅20816 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 111 mod 443

64: 20864=20832+32=20832⋅20832 ≡ 111⋅111=12321 ≡ 360 mod 443

128: 208128=20864+64=20864⋅20864 ≡ 360⋅360=129600 ≡ 244 mod 443

208198

= 208128+64+4+2

= 208128⋅20864⋅2084⋅2082

244 ⋅ 360 ⋅ 350 ⋅ 293 mod 443
87840 ⋅ 350 ⋅ 293 mod 443 ≡ 126 ⋅ 350 ⋅ 293 mod 443
44100 ⋅ 293 mod 443 ≡ 243 ⋅ 293 mod 443
71199 mod 443 ≡ 319 mod 443

Es gilt also: 208198 ≡ 319 mod 443

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 54

=>59 = 1⋅54 + 5
=>54 = 10⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,54)=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= 5-1⋅4
4= 54-10⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(54 -10⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅54 +10⋅ 5)
= -1⋅54 +11⋅ 5 (=1)
5= 59-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅54 +11⋅(59 -1⋅ 54)
= -1⋅54 +11⋅59 -11⋅ 54)
= 11⋅59 -12⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(59,54)=1 = 11⋅59 -12⋅54

oder wenn man 11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -11⋅59 = -12⋅54

-12⋅54 = -11⋅59 + 1 |+59⋅54

-12⋅54 + 59⋅54 = -11⋅59 + 59⋅54 + 1

(-12 + 59) ⋅ 54 = (-11 + 54) ⋅ 59 + 1

47⋅54 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 47⋅54 = 43⋅59 +1

Somit 47⋅54 = 1 mod 59

47 ist also das Inverse von 54 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.