Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3206 - 15996) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3206 - 15996) mod 8 ≡ (3206 mod 8 - 15996 mod 8) mod 8.

3206 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3206 = 3200+6 = 8 ⋅ 400 +6.

15996 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15996 = 15000+996 = 8 ⋅ 1875 +996.

Somit gilt:

(3206 - 15996) mod 8 ≡ (6 - 4) mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 16) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 16) mod 7 ≡ (53 mod 7 ⋅ 16 mod 7) mod 7.

53 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 49 + 4 = 7 ⋅ 7 + 4 ist.

16 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 14 + 2 = 2 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 16) mod 7 ≡ (4 ⋅ 2) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 56164 mod 967.

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. 561 -> x
2. mod(x²,967) -> 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: 5611=561

2: 5612=5611+1=5611⋅5611 ≡ 561⋅561=314721 ≡ 446 mod 967

4: 5614=5612+2=5612⋅5612 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 681 mod 967

8: 5618=5614+4=5614⋅5614 ≡ 681⋅681=463761 ≡ 568 mod 967

16: 56116=5618+8=5618⋅5618 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 613 mod 967

32: 56132=56116+16=56116⋅56116 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 573 mod 967

64: 56164=56132+32=56132⋅56132 ≡ 573⋅573=328329 ≡ 516 mod 967

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 329234 mod 491.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 3291=329

2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 221 mod 491

4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 221⋅221=48841 ≡ 232 mod 491

8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 305 mod 491

16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 305⋅305=93025 ≡ 226 mod 491

32: 32932=32916+16=32916⋅32916 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 12 mod 491

64: 32964=32932+32=32932⋅32932 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 491

128: 329128=32964+64=32964⋅32964 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 114 mod 491

329234

= 329128+64+32+8+2

= 329128⋅32964⋅32932⋅3298⋅3292

≡ 114 ⋅ 144 ⋅ 12 ⋅ 305 ⋅ 221 mod 491
≡ 16416 ⋅ 12 ⋅ 305 ⋅ 221 mod 491 ≡ 213 ⋅ 12 ⋅ 305 ⋅ 221 mod 491
≡ 2556 ⋅ 305 ⋅ 221 mod 491 ≡ 101 ⋅ 305 ⋅ 221 mod 491
≡ 30805 ⋅ 221 mod 491 ≡ 363 ⋅ 221 mod 491
≡ 80223 mod 491 ≡ 190 mod 491

Es gilt also: 329234 ≡ 190 mod 491

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 58.

Also bestimme x, so dass 58 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 58

=>67 = 1⋅58 + 9
=>58 = 6⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,58)=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= 9-2⋅4
4= 58-6⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(58 -6⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅58 +12⋅ 9)
= -2⋅58 +13⋅ 9 (=1)
9= 67-1⋅58 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅58 +13⋅(67 -1⋅ 58)
= -2⋅58 +13⋅67 -13⋅ 58)
= 13⋅67 -15⋅ 58 (=1)

Es gilt also: ggt(67,58)=1 = 13⋅67 -15⋅58

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -15⋅58

-15⋅58 = -13⋅67 + 1 |+67⋅58

-15⋅58 + 67⋅58 = -13⋅67 + 67⋅58 + 1

(-15 + 67) ⋅ 58 = (-13 + 58) ⋅ 67 + 1

52⋅58 = 45⋅67 + 1

Es gilt also: 52⋅58 = 45⋅67 +1

Somit 52⋅58 = 1 mod 67

52 ist also das Inverse von 58 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.