Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (119 + 11996) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(119 + 11996) mod 4 ≡ (119 mod 4 + 11996 mod 4) mod 4.

119 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119 = 120-1 = 4 ⋅ 30 -1 = 4 ⋅ 30 - 4 + 3.

11996 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 11996 = 11000+996 = 4 ⋅ 2750 +996.

Somit gilt:

(119 + 11996) mod 4 ≡ (3 + 0) mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (24 ⋅ 92) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(24 ⋅ 92) mod 6 ≡ (24 mod 6 ⋅ 92 mod 6) mod 6.

24 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24 = 24 + 0 = 4 ⋅ 6 + 0 ist.

92 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 15 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(24 ⋅ 92) mod 6 ≡ (0 ⋅ 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 51164 mod 853.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 511 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 5111=511

2: 5112=5111+1=5111⋅5111 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 103 mod 853

4: 5114=5112+2=5112⋅5112 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 373 mod 853

8: 5118=5114+4=5114⋅5114 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 90 mod 853

16: 51116=5118+8=5118⋅5118 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 423 mod 853

32: 51132=51116+16=51116⋅51116 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 652 mod 853

64: 51164=51132+32=51132⋅51132 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 310 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 326194 mod 337.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 194 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 194 an und zerlegen 194 in eine Summer von 2er-Potenzen:

194 = 128+64+2

1: 3261=326

2: 3262=3261+1=3261⋅3261 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 121 mod 337

4: 3264=3262+2=3262⋅3262 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 150 mod 337

8: 3268=3264+4=3264⋅3264 ≡ 150⋅150=22500 ≡ 258 mod 337

16: 32616=3268+8=3268⋅3268 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 175 mod 337

32: 32632=32616+16=32616⋅32616 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 295 mod 337

64: 32664=32632+32=32632⋅32632 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 79 mod 337

128: 326128=32664+64=32664⋅32664 ≡ 79⋅79=6241 ≡ 175 mod 337

326194

= 326128+64+2

= 326128⋅32664⋅3262

175 ⋅ 79 ⋅ 121 mod 337
13825 ⋅ 121 mod 337 ≡ 8 ⋅ 121 mod 337
968 mod 337 ≡ 294 mod 337

Es gilt also: 326194 ≡ 294 mod 337

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 51

=>89 = 1⋅51 + 38
=>51 = 1⋅38 + 13
=>38 = 2⋅13 + 12
=>13 = 1⋅12 + 1
=>12 = 12⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,51)=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= 13-1⋅12
12= 38-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -1⋅(38 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -1⋅38 +2⋅ 13)
= -1⋅38 +3⋅ 13 (=1)
13= 51-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅38 +3⋅(51 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +3⋅51 -3⋅ 38)
= 3⋅51 -4⋅ 38 (=1)
38= 89-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅51 -4⋅(89 -1⋅ 51)
= 3⋅51 -4⋅89 +4⋅ 51)
= -4⋅89 +7⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(89,51)=1 = -4⋅89 +7⋅51

oder wenn man -4⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +4⋅89 = +7⋅51

Es gilt also: 7⋅51 = 4⋅89 +1

Somit 7⋅51 = 1 mod 89

7 ist also das Inverse von 51 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.