Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 - 80) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 - 80) mod 4 ≡ (38 mod 4 - 80 mod 4) mod 4.

38 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 40-2 = 4 ⋅ 10 -2 = 4 ⋅ 10 - 4 + 2.

80 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80+0 = 4 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(38 - 80) mod 4 ≡ (2 - 0) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (25 ⋅ 82) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(25 ⋅ 82) mod 9 ≡ (25 mod 9 ⋅ 82 mod 9) mod 9.

25 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 25 = 18 + 7 = 2 ⋅ 9 + 7 ist.

82 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 81 + 1 = 9 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(25 ⋅ 82) mod 9 ≡ (7 ⋅ 1) mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 210128 mod 227.

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. 210 -> x
2. mod(x²,227) -> 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: 2101=210

2: 2102=2101+1=2101⋅2101 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 62 mod 227

4: 2104=2102+2=2102⋅2102 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 212 mod 227

8: 2108=2104+4=2104⋅2104 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 225 mod 227

16: 21016=2108+8=2108⋅2108 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 4 mod 227

32: 21032=21016+16=21016⋅21016 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 227

64: 21064=21032+32=21032⋅21032 ≡ 16⋅16=256 ≡ 29 mod 227

128: 210128=21064+64=21064⋅21064 ≡ 29⋅29=841 ≡ 160 mod 227

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29668 mod 587.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 68 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 68 an und zerlegen 68 in eine Summer von 2er-Potenzen:

68 = 64+4

1: 2961=296

2: 2962=2961+1=2961⋅2961 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 153 mod 587

4: 2964=2962+2=2962⋅2962 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 516 mod 587

8: 2968=2964+4=2964⋅2964 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 345 mod 587

16: 29616=2968+8=2968⋅2968 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 451 mod 587

32: 29632=29616+16=29616⋅29616 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 299 mod 587

64: 29664=29632+32=29632⋅29632 ≡ 299⋅299=89401 ≡ 177 mod 587

29668

= 29664+4

= 29664⋅2964

≡ 177 ⋅ 516 mod 587
≡ 91332 mod 587 ≡ 347 mod 587

Es gilt also: 29668 ≡ 347 mod 587

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 50.

Also bestimme x, so dass 50 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 50

=>59 = 1⋅50 + 9
=>50 = 5⋅9 + 5
=>9 = 1⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,50)=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= 9-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(9 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅9 +1⋅ 5)
= -1⋅9 +2⋅ 5 (=1)
5= 50-5⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅9 +2⋅(50 -5⋅ 9)
= -1⋅9 +2⋅50 -10⋅ 9)
= 2⋅50 -11⋅ 9 (=1)
9= 59-1⋅50 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅50 -11⋅(59 -1⋅ 50)
= 2⋅50 -11⋅59 +11⋅ 50)
= -11⋅59 +13⋅ 50 (=1)

Es gilt also: ggt(59,50)=1 = -11⋅59 +13⋅50

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

1 +11⋅59 = +13⋅50

Es gilt also: 13⋅50 = 11⋅59 +1

Somit 13⋅50 = 1 mod 59

13 ist also das Inverse von 50 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.