Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (115 + 117) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(115 + 117) mod 6 ≡ (115 mod 6 + 117 mod 6) mod 6.

115 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 115 = 120-5 = 6 ⋅ 20 -5 = 6 ⋅ 20 - 6 + 1.

117 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 117 = 120-3 = 6 ⋅ 20 -3 = 6 ⋅ 20 - 6 + 3.

Somit gilt:

(115 + 117) mod 6 ≡ (1 + 3) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 91) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 91) mod 3 ≡ (32 mod 3 ⋅ 91 mod 3) mod 3.

32 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 10 ⋅ 3 + 2 ist.

91 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 30 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 91) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 232128 mod 401.

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. 232 -> x
2. mod(x²,401) -> 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: 2321=232

2: 2322=2321+1=2321⋅2321 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 90 mod 401

4: 2324=2322+2=2322⋅2322 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 80 mod 401

8: 2328=2324+4=2324⋅2324 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 385 mod 401

16: 23216=2328+8=2328⋅2328 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 256 mod 401

32: 23232=23216+16=23216⋅23216 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 173 mod 401

64: 23264=23232+32=23232⋅23232 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 255 mod 401

128: 232128=23264+64=23264⋅23264 ≡ 255⋅255=65025 ≡ 63 mod 401

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 868169 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 169 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 169 an und zerlegen 169 in eine Summer von 2er-Potenzen:

169 = 128+32+8+1

1: 8681=868

2: 8682=8681+1=8681⋅8681 ≡ 868⋅868=753424 ≡ 361 mod 887

4: 8684=8682+2=8682⋅8682 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 819 mod 887

8: 8688=8684+4=8684⋅8684 ≡ 819⋅819=670761 ≡ 189 mod 887

16: 86816=8688+8=8688⋅8688 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 241 mod 887

32: 86832=86816+16=86816⋅86816 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 426 mod 887

64: 86864=86832+32=86832⋅86832 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 528 mod 887

128: 868128=86864+64=86864⋅86864 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 266 mod 887

868169

= 868128+32+8+1

= 868128⋅86832⋅8688⋅8681

266 ⋅ 426 ⋅ 189 ⋅ 868 mod 887
113316 ⋅ 189 ⋅ 868 mod 887 ≡ 667 ⋅ 189 ⋅ 868 mod 887
126063 ⋅ 868 mod 887 ≡ 109 ⋅ 868 mod 887
94612 mod 887 ≡ 590 mod 887

Es gilt also: 868169 ≡ 590 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 20.

Also bestimme x, so dass 20 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 20

=>67 = 3⋅20 + 7
=>20 = 2⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,20)=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= 7-1⋅6
6= 20-2⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(20 -2⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅20 +2⋅ 7)
= -1⋅20 +3⋅ 7 (=1)
7= 67-3⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅20 +3⋅(67 -3⋅ 20)
= -1⋅20 +3⋅67 -9⋅ 20)
= 3⋅67 -10⋅ 20 (=1)

Es gilt also: ggt(67,20)=1 = 3⋅67 -10⋅20

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -10⋅20

-10⋅20 = -3⋅67 + 1 |+67⋅20

-10⋅20 + 67⋅20 = -3⋅67 + 67⋅20 + 1

(-10 + 67) ⋅ 20 = (-3 + 20) ⋅ 67 + 1

57⋅20 = 17⋅67 + 1

Es gilt also: 57⋅20 = 17⋅67 +1

Somit 57⋅20 = 1 mod 67

57 ist also das Inverse von 20 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.