Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7998 - 16006) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7998 - 16006) mod 8 ≡ (7998 mod 8 - 16006 mod 8) mod 8.

7998 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7998 = 7000+998 = 8 ⋅ 875 +998.

16006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16006 = 16000+6 = 8 ⋅ 2000 +6.

Somit gilt:

(7998 - 16006) mod 8 ≡ (6 - 6) mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 98) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 98) mod 5 ≡ (71 mod 5 ⋅ 98 mod 5) mod 5.

71 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 14 ⋅ 5 + 1 ist.

98 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 95 + 3 = 19 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 98) mod 5 ≡ (1 ⋅ 3) mod 5 ≡ 3 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18132 mod 317.

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. 181 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 1811=181

2: 1812=1811+1=1811⋅1811 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 110 mod 317

4: 1814=1812+2=1812⋅1812 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 54 mod 317

8: 1818=1814+4=1814⋅1814 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 63 mod 317

16: 18116=1818+8=1818⋅1818 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 165 mod 317

32: 18132=18116+16=18116⋅18116 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 280 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 506216 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 216 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 216 an und zerlegen 216 in eine Summer von 2er-Potenzen:

216 = 128+64+16+8

1: 5061=506

2: 5062=5061+1=5061⋅5061 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 849 mod 883

4: 5064=5062+2=5062⋅5062 ≡ 849⋅849=720801 ≡ 273 mod 883

8: 5068=5064+4=5064⋅5064 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 357 mod 883

16: 50616=5068+8=5068⋅5068 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 297 mod 883

32: 50632=50616+16=50616⋅50616 ≡ 297⋅297=88209 ≡ 792 mod 883

64: 50664=50632+32=50632⋅50632 ≡ 792⋅792=627264 ≡ 334 mod 883

128: 506128=50664+64=50664⋅50664 ≡ 334⋅334=111556 ≡ 298 mod 883

506216

= 506128+64+16+8

= 506128⋅50664⋅50616⋅5068

≡ 298 ⋅ 334 ⋅ 297 ⋅ 357 mod 883
≡ 99532 ⋅ 297 ⋅ 357 mod 883 ≡ 636 ⋅ 297 ⋅ 357 mod 883
≡ 188892 ⋅ 357 mod 883 ≡ 813 ⋅ 357 mod 883
≡ 290241 mod 883 ≡ 617 mod 883

Es gilt also: 506216 ≡ 617 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 48

=>71 = 1⋅48 + 23
=>48 = 2⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,48)=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= 23-11⋅2
2= 48-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(48 -2⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅48 +22⋅ 23)
= -11⋅48 +23⋅ 23 (=1)
23= 71-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅48 +23⋅(71 -1⋅ 48)
= -11⋅48 +23⋅71 -23⋅ 48)
= 23⋅71 -34⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(71,48)=1 = 23⋅71 -34⋅48

oder wenn man 23⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -23⋅71 = -34⋅48

-34⋅48 = -23⋅71 + 1 |+71⋅48

-34⋅48 + 71⋅48 = -23⋅71 + 71⋅48 + 1

(-34 + 71) ⋅ 48 = (-23 + 48) ⋅ 71 + 1

37⋅48 = 25⋅71 + 1

Es gilt also: 37⋅48 = 25⋅71 +1

Somit 37⋅48 = 1 mod 71

37 ist also das Inverse von 48 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.