Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (804 + 1204) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(804 + 1204) mod 4 ≡ (804 mod 4 + 1204 mod 4) mod 4.

804 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 804 = 800+4 = 4 ⋅ 200 +4.

1204 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1204 = 1200+4 = 4 ⋅ 300 +4.

Somit gilt:

(804 + 1204) mod 4 ≡ (0 + 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (29 ⋅ 70) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(29 ⋅ 70) mod 9 ≡ (29 mod 9 ⋅ 70 mod 9) mod 9.

29 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 27 + 2 = 3 ⋅ 9 + 2 ist.

70 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 63 + 7 = 7 ⋅ 9 + 7 ist.

Somit gilt:

(29 ⋅ 70) mod 9 ≡ (2 ⋅ 7) mod 9 ≡ 14 mod 9 ≡ 5 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 122128 mod 257.

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. 122 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1221=122

2: 1222=1221+1=1221⋅1221 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 235 mod 257

4: 1224=1222+2=1222⋅1222 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 227 mod 257

8: 1228=1224+4=1224⋅1224 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 129 mod 257

16: 12216=1228+8=1228⋅1228 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 193 mod 257

32: 12232=12216+16=12216⋅12216 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 241 mod 257

64: 12264=12232+32=12232⋅12232 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257

128: 122128=12264+64=12264⋅12264 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 649179 mod 947.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:

179 = 128+32+16+2+1

1: 6491=649

2: 6492=6491+1=6491⋅6491 ≡ 649⋅649=421201 ≡ 733 mod 947

4: 6494=6492+2=6492⋅6492 ≡ 733⋅733=537289 ≡ 340 mod 947

8: 6498=6494+4=6494⋅6494 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 66 mod 947

16: 64916=6498+8=6498⋅6498 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 568 mod 947

32: 64932=64916+16=64916⋅64916 ≡ 568⋅568=322624 ≡ 644 mod 947

64: 64964=64932+32=64932⋅64932 ≡ 644⋅644=414736 ≡ 897 mod 947

128: 649128=64964+64=64964⋅64964 ≡ 897⋅897=804609 ≡ 606 mod 947

649179

= 649128+32+16+2+1

= 649128⋅64932⋅64916⋅6492⋅6491

≡ 606 ⋅ 644 ⋅ 568 ⋅ 733 ⋅ 649 mod 947
≡ 390264 ⋅ 568 ⋅ 733 ⋅ 649 mod 947 ≡ 100 ⋅ 568 ⋅ 733 ⋅ 649 mod 947
≡ 56800 ⋅ 733 ⋅ 649 mod 947 ≡ 927 ⋅ 733 ⋅ 649 mod 947
≡ 679491 ⋅ 649 mod 947 ≡ 492 ⋅ 649 mod 947
≡ 319308 mod 947 ≡ 169 mod 947

Es gilt also: 649179 ≡ 169 mod 947

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 35

=>53 = 1⋅35 + 18
=>35 = 1⋅18 + 17
=>18 = 1⋅17 + 1
=>17 = 17⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,35)=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= 18-1⋅17
17= 35-1⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅18 -1⋅(35 -1⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅35 +1⋅ 18)
= -1⋅35 +2⋅ 18 (=1)
18= 53-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +2⋅(53 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +2⋅53 -2⋅ 35)
= 2⋅53 -3⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(53,35)=1 = 2⋅53 -3⋅35

oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅53 = -3⋅35

-3⋅35 = -2⋅53 + 1 |+53⋅35

-3⋅35 + 53⋅35 = -2⋅53 + 53⋅35 + 1

(-3 + 53) ⋅ 35 = (-2 + 35) ⋅ 53 + 1

50⋅35 = 33⋅53 + 1

Es gilt also: 50⋅35 = 33⋅53 +1

Somit 50⋅35 = 1 mod 53

50 ist also das Inverse von 35 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.