Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (399 - 4001) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(399 - 4001) mod 4 ≡ (399 mod 4 - 4001 mod 4) mod 4.

399 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 399 = 300+99 = 4 ⋅ 75 +99.

4001 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4001 = 4000+1 = 4 ⋅ 1000 +1.

Somit gilt:

(399 - 4001) mod 4 ≡ (3 - 1) mod 4 ≡ 2 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 97) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 97) mod 8 ≡ (19 mod 8 ⋅ 97 mod 8) mod 8.

19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.

97 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 12 ⋅ 8 + 1 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 97) mod 8 ≡ (3 ⋅ 1) mod 8 ≡ 3 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 23064 mod 743.

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. 230 -> x
2. mod(x²,743) -> 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: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 147 mod 743

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 62 mod 743

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 62⋅62=3844 ≡ 129 mod 743

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 295 mod 743

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 295⋅295=87025 ≡ 94 mod 743

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 663 mod 743

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 472119 mod 643.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 119 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 119 an und zerlegen 119 in eine Summer von 2er-Potenzen:

119 = 64+32+16+4+2+1

1: 4721=472

2: 4722=4721+1=4721⋅4721 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 306 mod 643

4: 4724=4722+2=4722⋅4722 ≡ 306⋅306=93636 ≡ 401 mod 643

8: 4728=4724+4=4724⋅4724 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 51 mod 643

16: 47216=4728+8=4728⋅4728 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 29 mod 643

32: 47232=47216+16=47216⋅47216 ≡ 29⋅29=841 ≡ 198 mod 643

64: 47264=47232+32=47232⋅47232 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 624 mod 643

472119

= 47264+32+16+4+2+1

= 47264⋅47232⋅47216⋅4724⋅4722⋅4721

≡ 624 ⋅ 198 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 123552 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 96 ⋅ 29 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 2784 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 212 ⋅ 401 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 85012 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643 ≡ 136 ⋅ 306 ⋅ 472 mod 643
≡ 41616 ⋅ 472 mod 643 ≡ 464 ⋅ 472 mod 643
≡ 219008 mod 643 ≡ 388 mod 643

Es gilt also: 472119 ≡ 388 mod 643

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 25

=>67 = 2⋅25 + 17
=>25 = 1⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,25)=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= 17-2⋅8
8= 25-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17)
= -2⋅25 +3⋅ 17 (=1)
17= 67-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅25 +3⋅(67 -2⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅67 -6⋅ 25)
= 3⋅67 -8⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(67,25)=1 = 3⋅67 -8⋅25

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -8⋅25

-8⋅25 = -3⋅67 + 1 |+67⋅25

-8⋅25 + 67⋅25 = -3⋅67 + 67⋅25 + 1

(-8 + 67) ⋅ 25 = (-3 + 25) ⋅ 67 + 1

59⋅25 = 22⋅67 + 1

Es gilt also: 59⋅25 = 22⋅67 +1

Somit 59⋅25 = 1 mod 67

59 ist also das Inverse von 25 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.