Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (246 + 30003) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(246 + 30003) mod 6 ≡ (246 mod 6 + 30003 mod 6) mod 6.

246 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 246 = 240+6 = 6 ⋅ 40 +6.

30003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30003 = 30000+3 = 6 ⋅ 5000 +3.

Somit gilt:

(246 + 30003) mod 6 ≡ (0 + 3) mod 6 ≡ 3 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (30 ⋅ 62) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(30 ⋅ 62) mod 9 ≡ (30 mod 9 ⋅ 62 mod 9) mod 9.

30 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 27 + 3 = 3 ⋅ 9 + 3 ist.

62 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 54 + 8 = 6 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(30 ⋅ 62) mod 9 ≡ (3 ⋅ 8) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 17332 mod 331.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 173 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 1731=173

2: 1732=1731+1=1731⋅1731 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 139 mod 331

4: 1734=1732+2=1732⋅1732 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 123 mod 331

8: 1738=1734+4=1734⋅1734 ≡ 123⋅123=15129 ≡ 234 mod 331

16: 17316=1738+8=1738⋅1738 ≡ 234⋅234=54756 ≡ 141 mod 331

32: 17332=17316+16=17316⋅17316 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 21 mod 331

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 865250 mod 887.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 250 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 250 an und zerlegen 250 in eine Summer von 2er-Potenzen:

250 = 128+64+32+16+8+2

1: 8651=865

2: 8652=8651+1=8651⋅8651 ≡ 865⋅865=748225 ≡ 484 mod 887

4: 8654=8652+2=8652⋅8652 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 88 mod 887

8: 8658=8654+4=8654⋅8654 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 648 mod 887

16: 86516=8658+8=8658⋅8658 ≡ 648⋅648=419904 ≡ 353 mod 887

32: 86532=86516+16=86516⋅86516 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 429 mod 887

64: 86564=86532+32=86532⋅86532 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 432 mod 887

128: 865128=86564+64=86564⋅86564 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 354 mod 887

865250

= 865128+64+32+16+8+2

= 865128⋅86564⋅86532⋅86516⋅8658⋅8652

354 ⋅ 432 ⋅ 429 ⋅ 353 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887
152928 ⋅ 429 ⋅ 353 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887 ≡ 364 ⋅ 429 ⋅ 353 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887
156156 ⋅ 353 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887 ≡ 44 ⋅ 353 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887
15532 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887 ≡ 453 ⋅ 648 ⋅ 484 mod 887
293544 ⋅ 484 mod 887 ≡ 834 ⋅ 484 mod 887
403656 mod 887 ≡ 71 mod 887

Es gilt also: 865250 ≡ 71 mod 887

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 19.

Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 19

=>53 = 2⋅19 + 15
=>19 = 1⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,19)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 19-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(19 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅19 -4⋅ 15)
= 4⋅19 -5⋅ 15 (=1)
15= 53-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅19 -5⋅(53 -2⋅ 19)
= 4⋅19 -5⋅53 +10⋅ 19)
= -5⋅53 +14⋅ 19 (=1)

Es gilt also: ggt(53,19)=1 = -5⋅53 +14⋅19

oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅53 = +14⋅19

Es gilt also: 14⋅19 = 5⋅53 +1

Somit 14⋅19 = 1 mod 53

14 ist also das Inverse von 19 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.