Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (61 - 1200) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(61 - 1200) mod 3 ≡ (61 mod 3 - 1200 mod 3) mod 3.

61 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 61 = 60+1 = 3 ⋅ 20 +1.

1200 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1200 = 1200+0 = 3 ⋅ 400 +0.

Somit gilt:

(61 - 1200) mod 3 ≡ (1 - 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 44) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 44) mod 9 ≡ (84 mod 9 ⋅ 44 mod 9) mod 9.

84 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 81 + 3 = 9 ⋅ 9 + 3 ist.

44 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 36 + 8 = 4 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 44) mod 9 ≡ (3 ⋅ 8) mod 9 ≡ 24 mod 9 ≡ 6 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 504128 mod 661.

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. 504 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 5041=504

2: 5042=5041+1=5041⋅5041 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 192 mod 661

4: 5044=5042+2=5042⋅5042 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 509 mod 661

8: 5048=5044+4=5044⋅5044 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 630 mod 661

16: 50416=5048+8=5048⋅5048 ≡ 630⋅630=396900 ≡ 300 mod 661

32: 50432=50416+16=50416⋅50416 ≡ 300⋅300=90000 ≡ 104 mod 661

64: 50464=50432+32=50432⋅50432 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 240 mod 661

128: 504128=50464+64=50464⋅50464 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 93 mod 661

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 43995 mod 587.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 95 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 95 an und zerlegen 95 in eine Summer von 2er-Potenzen:

95 = 64+16+8+4+2+1

1: 4391=439

2: 4392=4391+1=4391⋅4391 ≡ 439⋅439=192721 ≡ 185 mod 587

4: 4394=4392+2=4392⋅4392 ≡ 185⋅185=34225 ≡ 179 mod 587

8: 4398=4394+4=4394⋅4394 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 343 mod 587

16: 43916=4398+8=4398⋅4398 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 249 mod 587

32: 43932=43916+16=43916⋅43916 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 366 mod 587

64: 43964=43932+32=43932⋅43932 ≡ 366⋅366=133956 ≡ 120 mod 587

43995

= 43964+16+8+4+2+1

= 43964⋅43916⋅4398⋅4394⋅4392⋅4391

120 ⋅ 249 ⋅ 343 ⋅ 179 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587
29880 ⋅ 343 ⋅ 179 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587 ≡ 530 ⋅ 343 ⋅ 179 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587
181790 ⋅ 179 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587 ≡ 407 ⋅ 179 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587
72853 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587 ≡ 65 ⋅ 185 ⋅ 439 mod 587
12025 ⋅ 439 mod 587 ≡ 285 ⋅ 439 mod 587
125115 mod 587 ≡ 84 mod 587

Es gilt also: 43995 ≡ 84 mod 587

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 38

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

also gilt: ggt(89,38)=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= 89-2⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅38 +3⋅(89 -2⋅ 38)
= -1⋅38 +3⋅89 -6⋅ 38)
= 3⋅89 -7⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(89,38)=1 = 3⋅89 -7⋅38

oder wenn man 3⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅89 = -7⋅38

-7⋅38 = -3⋅89 + 1 |+89⋅38

-7⋅38 + 89⋅38 = -3⋅89 + 89⋅38 + 1

(-7 + 89) ⋅ 38 = (-3 + 38) ⋅ 89 + 1

82⋅38 = 35⋅89 + 1

Es gilt also: 82⋅38 = 35⋅89 +1

Somit 82⋅38 = 1 mod 89

82 ist also das Inverse von 38 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.