Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1400 - 352) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1400 - 352) mod 7 ≡ (1400 mod 7 - 352 mod 7) mod 7.

1400 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1400 = 1400+0 = 7 ⋅ 200 +0.

352 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 352 = 350+2 = 7 ⋅ 50 +2.

Somit gilt:

(1400 - 352) mod 7 ≡ (0 - 2) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 33) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 33) mod 11 ≡ (19 mod 11 ⋅ 33 mod 11) mod 11.

19 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 11 + 8 = 1 ⋅ 11 + 8 ist.

33 mod 11 ≡ 0 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 33 = 33 + 0 = 3 ⋅ 11 + 0 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 33) mod 11 ≡ (8 ⋅ 0) mod 11 ≡ 0 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 383128 mod 443.

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. 383 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 3831=383

2: 3832=3831+1=3831⋅3831 ≡ 383⋅383=146689 ≡ 56 mod 443

4: 3834=3832+2=3832⋅3832 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 35 mod 443

8: 3838=3834+4=3834⋅3834 ≡ 35⋅35=1225 ≡ 339 mod 443

16: 38316=3838+8=3838⋅3838 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 184 mod 443

32: 38332=38316+16=38316⋅38316 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 188 mod 443

64: 38364=38332+32=38332⋅38332 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 347 mod 443

128: 383128=38364+64=38364⋅38364 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 356 mod 443

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 104170 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 170 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 170 an und zerlegen 170 in eine Summer von 2er-Potenzen:

170 = 128+32+8+2

1: 1041=104

2: 1042=1041+1=1041⋅1041 ≡ 104⋅104=10816 ≡ 212 mod 241

4: 1044=1042+2=1042⋅1042 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 118 mod 241

8: 1048=1044+4=1044⋅1044 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 187 mod 241

16: 10416=1048+8=1048⋅1048 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 24 mod 241

32: 10432=10416+16=10416⋅10416 ≡ 24⋅24=576 ≡ 94 mod 241

64: 10464=10432+32=10432⋅10432 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 160 mod 241

128: 104128=10464+64=10464⋅10464 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 54 mod 241

104170

= 104128+32+8+2

= 104128⋅10432⋅1048⋅1042

≡ 54 ⋅ 94 ⋅ 187 ⋅ 212 mod 241
≡ 5076 ⋅ 187 ⋅ 212 mod 241 ≡ 15 ⋅ 187 ⋅ 212 mod 241
≡ 2805 ⋅ 212 mod 241 ≡ 154 ⋅ 212 mod 241
≡ 32648 mod 241 ≡ 113 mod 241

Es gilt also: 104170 ≡ 113 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 22.

Also bestimme x, so dass 22 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 22

=>61 = 2⋅22 + 17
=>22 = 1⋅17 + 5
=>17 = 3⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,22)=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= 5-2⋅2
2= 17-3⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5)
= -2⋅17 +7⋅ 5 (=1)
5= 22-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅17 +7⋅(22 -1⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅22 -7⋅ 17)
= 7⋅22 -9⋅ 17 (=1)
17= 61-2⋅22 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅22 -9⋅(61 -2⋅ 22)
= 7⋅22 -9⋅61 +18⋅ 22)
= -9⋅61 +25⋅ 22 (=1)

Es gilt also: ggt(61,22)=1 = -9⋅61 +25⋅22

oder wenn man -9⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅61 = +25⋅22

Es gilt also: 25⋅22 = 9⋅61 +1

Somit 25⋅22 = 1 mod 61

25 ist also das Inverse von 22 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.