Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (116 + 15998) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(116 + 15998) mod 4 ≡ (116 mod 4 + 15998 mod 4) mod 4.

116 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 116 = 120-4 = 4 ⋅ 30 -4 = 4 ⋅ 30 - 4 + 0.

15998 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15998 = 15000+998 = 4 ⋅ 3750 +998.

Somit gilt:

(116 + 15998) mod 4 ≡ (0 + 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (96 ⋅ 98) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(96 ⋅ 98) mod 3 ≡ (96 mod 3 ⋅ 98 mod 3) mod 3.

96 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 32 ⋅ 3 + 0 ist.

98 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 32 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(96 ⋅ 98) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 96128 mod 277.

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. 96 -> x
2. mod(x²,277) -> 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: 961=96

2: 962=961+1=961⋅961 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 75 mod 277

4: 964=962+2=962⋅962 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 85 mod 277

8: 968=964+4=964⋅964 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 23 mod 277

16: 9616=968+8=968⋅968 ≡ 23⋅23=529 ≡ 252 mod 277

32: 9632=9616+16=9616⋅9616 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 71 mod 277

64: 9664=9632+32=9632⋅9632 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 55 mod 277

128: 96128=9664+64=9664⋅9664 ≡ 55⋅55=3025 ≡ 255 mod 277

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 350110 mod 857.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 110 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 110 an und zerlegen 110 in eine Summer von 2er-Potenzen:

110 = 64+32+8+4+2

1: 3501=350

2: 3502=3501+1=3501⋅3501 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 806 mod 857

4: 3504=3502+2=3502⋅3502 ≡ 806⋅806=649636 ≡ 30 mod 857

8: 3508=3504+4=3504⋅3504 ≡ 30⋅30=900 ≡ 43 mod 857

16: 35016=3508+8=3508⋅3508 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 135 mod 857

32: 35032=35016+16=35016⋅35016 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 228 mod 857

64: 35064=35032+32=35032⋅35032 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 564 mod 857

350110

= 35064+32+8+4+2

= 35064⋅35032⋅3508⋅3504⋅3502

564 ⋅ 228 ⋅ 43 ⋅ 30 ⋅ 806 mod 857
128592 ⋅ 43 ⋅ 30 ⋅ 806 mod 857 ≡ 42 ⋅ 43 ⋅ 30 ⋅ 806 mod 857
1806 ⋅ 30 ⋅ 806 mod 857 ≡ 92 ⋅ 30 ⋅ 806 mod 857
2760 ⋅ 806 mod 857 ≡ 189 ⋅ 806 mod 857
152334 mod 857 ≡ 645 mod 857

Es gilt also: 350110 ≡ 645 mod 857

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 46

=>89 = 1⋅46 + 43
=>46 = 1⋅43 + 3
=>43 = 14⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,46)=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= 43-14⋅3
3= 46-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅43 -14⋅(46 -1⋅ 43)
= 1⋅43 -14⋅46 +14⋅ 43)
= -14⋅46 +15⋅ 43 (=1)
43= 89-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -14⋅46 +15⋅(89 -1⋅ 46)
= -14⋅46 +15⋅89 -15⋅ 46)
= 15⋅89 -29⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(89,46)=1 = 15⋅89 -29⋅46

oder wenn man 15⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅89 = -29⋅46

-29⋅46 = -15⋅89 + 1 |+89⋅46

-29⋅46 + 89⋅46 = -15⋅89 + 89⋅46 + 1

(-29 + 89) ⋅ 46 = (-15 + 46) ⋅ 89 + 1

60⋅46 = 31⋅89 + 1

Es gilt also: 60⋅46 = 31⋅89 +1

Somit 60⋅46 = 1 mod 89

60 ist also das Inverse von 46 mod 89

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.