Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (599 - 118) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(599 - 118) mod 3 ≡ (599 mod 3 - 118 mod 3) mod 3.

599 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599 = 600-1 = 3 ⋅ 200 -1 = 3 ⋅ 200 - 3 + 2.

118 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 118 = 120-2 = 3 ⋅ 40 -2 = 3 ⋅ 40 - 3 + 1.

Somit gilt:

(599 - 118) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 27) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 ⋅ 27) mod 9 ≡ (50 mod 9 ⋅ 27 mod 9) mod 9.

50 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 45 + 5 = 5 ⋅ 9 + 5 ist.

27 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 27 + 0 = 3 ⋅ 9 + 0 ist.

Somit gilt:

(50 ⋅ 27) mod 9 ≡ (5 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 230128 mod 257.

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. 230 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 215 mod 257

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 222 mod 257

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 197 mod 257

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 197⋅197=38809 ≡ 2 mod 257

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 257

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 257

128: 230128=23064+64=23064⋅23064 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 567238 mod 593.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 5671=567

2: 5672=5671+1=5671⋅5671 ≡ 567⋅567=321489 ≡ 83 mod 593

4: 5674=5672+2=5672⋅5672 ≡ 83⋅83=6889 ≡ 366 mod 593

8: 5678=5674+4=5674⋅5674 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 531 mod 593

16: 56716=5678+8=5678⋅5678 ≡ 531⋅531=281961 ≡ 286 mod 593

32: 56732=56716+16=56716⋅56716 ≡ 286⋅286=81796 ≡ 555 mod 593

64: 56764=56732+32=56732⋅56732 ≡ 555⋅555=308025 ≡ 258 mod 593

128: 567128=56764+64=56764⋅56764 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 148 mod 593

567238

= 567128+64+32+8+4+2

= 567128⋅56764⋅56732⋅5678⋅5674⋅5672

148 ⋅ 258 ⋅ 555 ⋅ 531 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593
38184 ⋅ 555 ⋅ 531 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593 ≡ 232 ⋅ 555 ⋅ 531 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593
128760 ⋅ 531 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593 ≡ 79 ⋅ 531 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593
41949 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593 ≡ 439 ⋅ 366 ⋅ 83 mod 593
160674 ⋅ 83 mod 593 ≡ 564 ⋅ 83 mod 593
46812 mod 593 ≡ 558 mod 593

Es gilt also: 567238 ≡ 558 mod 593

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 63

=>67 = 1⋅63 + 4
=>63 = 15⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,63)=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= 4-1⋅3
3= 63-15⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(63 -15⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅63 +15⋅ 4)
= -1⋅63 +16⋅ 4 (=1)
4= 67-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +16⋅(67 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +16⋅67 -16⋅ 63)
= 16⋅67 -17⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(67,63)=1 = 16⋅67 -17⋅63

oder wenn man 16⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -16⋅67 = -17⋅63

-17⋅63 = -16⋅67 + 1 |+67⋅63

-17⋅63 + 67⋅63 = -16⋅67 + 67⋅63 + 1

(-17 + 67) ⋅ 63 = (-16 + 63) ⋅ 67 + 1

50⋅63 = 47⋅67 + 1

Es gilt also: 50⋅63 = 47⋅67 +1

Somit 50⋅63 = 1 mod 67

50 ist also das Inverse von 63 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.