Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2393 - 4003) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2393 - 4003) mod 8 ≡ (2393 mod 8 - 4003 mod 8) mod 8.

2393 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2393 = 2400-7 = 8 ⋅ 300 -7 = 8 ⋅ 300 - 8 + 1.

4003 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4003 = 4000+3 = 8 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(2393 - 4003) mod 8 ≡ (1 - 3) mod 8 ≡ -2 mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (63 ⋅ 53) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(63 ⋅ 53) mod 5 ≡ (63 mod 5 ⋅ 53 mod 5) mod 5.

63 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60 + 3 = 12 ⋅ 5 + 3 ist.

53 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 50 + 3 = 10 ⋅ 5 + 3 ist.

Somit gilt:

(63 ⋅ 53) mod 5 ≡ (3 ⋅ 3) mod 5 ≡ 9 mod 5 ≡ 4 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 243128 mod 673.

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. 243 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 2431=243

2: 2432=2431+1=2431⋅2431 ≡ 243⋅243=59049 ≡ 498 mod 673

4: 2434=2432+2=2432⋅2432 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 340 mod 673

8: 2438=2434+4=2434⋅2434 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 517 mod 673

16: 24316=2438+8=2438⋅2438 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 108 mod 673

32: 24332=24316+16=24316⋅24316 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 223 mod 673

64: 24364=24332+32=24332⋅24332 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 600 mod 673

128: 243128=24364+64=24364⋅24364 ≡ 600⋅600=360000 ≡ 618 mod 673

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 64085 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 85 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 85 an und zerlegen 85 in eine Summer von 2er-Potenzen:

85 = 64+16+4+1

1: 6401=640

2: 6402=6401+1=6401⋅6401 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 9 mod 643

4: 6404=6402+2=6402⋅6402 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 643

8: 6408=6404+4=6404⋅6404 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 131 mod 643

16: 64016=6408+8=6408⋅6408 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 443 mod 643

32: 64032=64016+16=64016⋅64016 ≡ 443⋅443=196249 ≡ 134 mod 643

64: 64064=64032+32=64032⋅64032 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 595 mod 643

64085

= 64064+16+4+1

= 64064⋅64016⋅6404⋅6401

≡ 595 ⋅ 443 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643
≡ 263585 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643 ≡ 598 ⋅ 81 ⋅ 640 mod 643
≡ 48438 ⋅ 640 mod 643 ≡ 213 ⋅ 640 mod 643
≡ 136320 mod 643 ≡ 4 mod 643

Es gilt also: 64085 ≡ 4 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 78.

Also bestimme x, so dass 78 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 78

=>97 = 1⋅78 + 19
=>78 = 4⋅19 + 2
=>19 = 9⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,78)=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= 19-9⋅2
2= 78-4⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -9⋅(78 -4⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅78 +36⋅ 19)
= -9⋅78 +37⋅ 19 (=1)
19= 97-1⋅78 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅78 +37⋅(97 -1⋅ 78)
= -9⋅78 +37⋅97 -37⋅ 78)
= 37⋅97 -46⋅ 78 (=1)

Es gilt also: ggt(97,78)=1 = 37⋅97 -46⋅78

oder wenn man 37⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -37⋅97 = -46⋅78

-46⋅78 = -37⋅97 + 1 |+97⋅78

-46⋅78 + 97⋅78 = -37⋅97 + 97⋅78 + 1

(-46 + 97) ⋅ 78 = (-37 + 78) ⋅ 97 + 1

51⋅78 = 41⋅97 + 1

Es gilt also: 51⋅78 = 41⋅97 +1

Somit 51⋅78 = 1 mod 97

51 ist also das Inverse von 78 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.