Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (180 + 1801) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(180 + 1801) mod 6 ≡ (180 mod 6 + 1801 mod 6) mod 6.

180 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 180 = 180+0 = 6 ⋅ 30 +0.

1801 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1801 = 1800+1 = 6 ⋅ 300 +1.

Somit gilt:

(180 + 1801) mod 6 ≡ (0 + 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26 ⋅ 62) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26 ⋅ 62) mod 10 ≡ (26 mod 10 ⋅ 62 mod 10) mod 10.

26 mod 10 ≡ 6 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 20 + 6 = 2 ⋅ 10 + 6 ist.

62 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 6 ⋅ 10 + 2 ist.

Somit gilt:

(26 ⋅ 62) mod 10 ≡ (6 ⋅ 2) mod 10 ≡ 12 mod 10 ≡ 2 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 7288 mod 887.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 728 -> x
2. mod(x²,887) -> 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: 7281=728

2: 7282=7281+1=7281⋅7281 ≡ 728⋅728=529984 ≡ 445 mod 887

4: 7284=7282+2=7282⋅7282 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 224 mod 887

8: 7288=7284+4=7284⋅7284 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 504 mod 887

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 363206 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:

206 = 128+64+8+4+2

1: 3631=363

2: 3632=3631+1=3631⋅3631 ≡ 363⋅363=131769 ≡ 16 mod 367

4: 3634=3632+2=3632⋅3632 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 367

8: 3638=3634+4=3634⋅3634 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 210 mod 367

16: 36316=3638+8=3638⋅3638 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 60 mod 367

32: 36332=36316+16=36316⋅36316 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 297 mod 367

64: 36364=36332+32=36332⋅36332 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 129 mod 367

128: 363128=36364+64=36364⋅36364 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 126 mod 367

363206

= 363128+64+8+4+2

= 363128⋅36364⋅3638⋅3634⋅3632

126 ⋅ 129 ⋅ 210 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 367
16254 ⋅ 210 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 367 ≡ 106 ⋅ 210 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 367
22260 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 367 ≡ 240 ⋅ 256 ⋅ 16 mod 367
61440 ⋅ 16 mod 367 ≡ 151 ⋅ 16 mod 367
2416 mod 367 ≡ 214 mod 367

Es gilt also: 363206 ≡ 214 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 53.

Also bestimme x, so dass 53 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 53

=>89 = 1⋅53 + 36
=>53 = 1⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,53)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 53-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36)
= 17⋅53 -25⋅ 36 (=1)
36= 89-1⋅53 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 17⋅53 -25⋅(89 -1⋅ 53)
= 17⋅53 -25⋅89 +25⋅ 53)
= -25⋅89 +42⋅ 53 (=1)

Es gilt also: ggt(89,53)=1 = -25⋅89 +42⋅53

oder wenn man -25⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +25⋅89 = +42⋅53

Es gilt also: 42⋅53 = 25⋅89 +1

Somit 42⋅53 = 1 mod 89

42 ist also das Inverse von 53 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.