Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1500 + 63) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1500 + 63) mod 3 ≡ (1500 mod 3 + 63 mod 3) mod 3.

1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500 = 1500+0 = 3 ⋅ 500 +0.

63 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 60+3 = 3 ⋅ 20 +3.

Somit gilt:

(1500 + 63) mod 3 ≡ (0 + 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 16) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 16) mod 4 ≡ (67 mod 4 ⋅ 16 mod 4) mod 4.

67 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 64 + 3 = 16 ⋅ 4 + 3 ist.

16 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 16 + 0 = 4 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 16) mod 4 ≡ (3 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 15416 mod 347.

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. 154 -> x
2. mod(x²,347) -> 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: 1541=154

2: 1542=1541+1=1541⋅1541 ≡ 154⋅154=23716 ≡ 120 mod 347

4: 1544=1542+2=1542⋅1542 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 173 mod 347

8: 1548=1544+4=1544⋅1544 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 87 mod 347

16: 15416=1548+8=1548⋅1548 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 282 mod 347

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44064 mod 613.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 64 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 64 an und zerlegen 64 in eine Summer von 2er-Potenzen:

64 = 64

1: 4401=440

2: 4402=4401+1=4401⋅4401 ≡ 440⋅440=193600 ≡ 505 mod 613

4: 4404=4402+2=4402⋅4402 ≡ 505⋅505=255025 ≡ 17 mod 613

8: 4408=4404+4=4404⋅4404 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 613

16: 44016=4408+8=4408⋅4408 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 153 mod 613

32: 44032=44016+16=44016⋅44016 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 115 mod 613

64: 44064=44032+32=44032⋅44032 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 352 mod 613

44064

= 44064

= 44064

352 mod 613

Es gilt also: 44064 ≡ 352 mod 613

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 78.

Also bestimme x, so dass 78 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 78

=>83 = 1⋅78 + 5
=>78 = 15⋅5 + 3
=>5 = 1⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,78)=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= 3-1⋅2
2= 5-1⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(5 -1⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅5 +1⋅ 3)
= -1⋅5 +2⋅ 3 (=1)
3= 78-15⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅5 +2⋅(78 -15⋅ 5)
= -1⋅5 +2⋅78 -30⋅ 5)
= 2⋅78 -31⋅ 5 (=1)
5= 83-1⋅78 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅78 -31⋅(83 -1⋅ 78)
= 2⋅78 -31⋅83 +31⋅ 78)
= -31⋅83 +33⋅ 78 (=1)

Es gilt also: ggt(83,78)=1 = -31⋅83 +33⋅78

oder wenn man -31⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +31⋅83 = +33⋅78

Es gilt also: 33⋅78 = 31⋅83 +1

Somit 33⋅78 = 1 mod 83

33 ist also das Inverse von 78 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.