Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1199 + 3000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1199 + 3000) mod 3 ≡ (1199 mod 3 + 3000 mod 3) mod 3.

1199 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1199 = 1200-1 = 3 ⋅ 400 -1 = 3 ⋅ 400 - 3 + 2.

3000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 3 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(1199 + 3000) mod 3 ≡ (2 + 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (66 ⋅ 43) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(66 ⋅ 43) mod 3 ≡ (66 mod 3 ⋅ 43 mod 3) mod 3.

66 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 66 + 0 = 22 ⋅ 3 + 0 ist.

43 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 14 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(66 ⋅ 43) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 12516 mod 277.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 125 -> 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: 1251=125

2: 1252=1251+1=1251⋅1251 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 113 mod 277

4: 1254=1252+2=1252⋅1252 ≡ 113⋅113=12769 ≡ 27 mod 277

8: 1258=1254+4=1254⋅1254 ≡ 27⋅27=729 ≡ 175 mod 277

16: 12516=1258+8=1258⋅1258 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 155 mod 277

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 248139 mod 433.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 139 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 139 an und zerlegen 139 in eine Summer von 2er-Potenzen:

139 = 128+8+2+1

1: 2481=248

2: 2482=2481+1=2481⋅2481 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 18 mod 433

4: 2484=2482+2=2482⋅2482 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 433

8: 2488=2484+4=2484⋅2484 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 190 mod 433

16: 24816=2488+8=2488⋅2488 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 161 mod 433

32: 24832=24816+16=24816⋅24816 ≡ 161⋅161=25921 ≡ 374 mod 433

64: 24864=24832+32=24832⋅24832 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 17 mod 433

128: 248128=24864+64=24864⋅24864 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 433

248139

= 248128+8+2+1

= 248128⋅2488⋅2482⋅2481

≡ 289 ⋅ 190 ⋅ 18 ⋅ 248 mod 433
≡ 54910 ⋅ 18 ⋅ 248 mod 433 ≡ 352 ⋅ 18 ⋅ 248 mod 433
≡ 6336 ⋅ 248 mod 433 ≡ 274 ⋅ 248 mod 433
≡ 67952 mod 433 ≡ 404 mod 433

Es gilt also: 248139 ≡ 404 mod 433

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 22

=>71 = 3⋅22 + 5
=>22 = 4⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,22)=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= 5-2⋅2
2= 22-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(22 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅22 +8⋅ 5)
= -2⋅22 +9⋅ 5 (=1)
5= 71-3⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅22 +9⋅(71 -3⋅ 22)
= -2⋅22 +9⋅71 -27⋅ 22)
= 9⋅71 -29⋅ 22 (=1)

Es gilt also: ggt(71,22)=1 = 9⋅71 -29⋅22

oder wenn man 9⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -9⋅71 = -29⋅22

-29⋅22 = -9⋅71 + 1 |+71⋅22

-29⋅22 + 71⋅22 = -9⋅71 + 71⋅22 + 1

(-29 + 71) ⋅ 22 = (-9 + 22) ⋅ 71 + 1

42⋅22 = 13⋅71 + 1

Es gilt also: 42⋅22 = 13⋅71 +1

Somit 42⋅22 = 1 mod 71

42 ist also das Inverse von 22 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.