Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1196 - 16004) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1196 - 16004) mod 4 ≡ (1196 mod 4 - 16004 mod 4) mod 4.

1196 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1196 = 1100+96 = 4 ⋅ 275 +96.

16004 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16004 = 16000+4 = 4 ⋅ 4000 +4.

Somit gilt:

(1196 - 16004) mod 4 ≡ (0 - 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 84) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 84) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 84 mod 5) mod 5.

18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.

84 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 80 + 4 = 16 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 84) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28832 mod 317.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 288 -> x
2. mod(x²,317) -> 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: 2881=288

2: 2882=2881+1=2881⋅2881 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 207 mod 317

4: 2884=2882+2=2882⋅2882 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 54 mod 317

8: 2888=2884+4=2884⋅2884 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 63 mod 317

16: 28816=2888+8=2888⋅2888 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 165 mod 317

32: 28832=28816+16=28816⋅28816 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 280 mod 317

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 400188 mod 509.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 188 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 188 an und zerlegen 188 in eine Summer von 2er-Potenzen:

188 = 128+32+16+8+4

1: 4001=400

2: 4002=4001+1=4001⋅4001 ≡ 400⋅400=160000 ≡ 174 mod 509

4: 4004=4002+2=4002⋅4002 ≡ 174⋅174=30276 ≡ 245 mod 509

8: 4008=4004+4=4004⋅4004 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 472 mod 509

16: 40016=4008+8=4008⋅4008 ≡ 472⋅472=222784 ≡ 351 mod 509

32: 40032=40016+16=40016⋅40016 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 23 mod 509

64: 40064=40032+32=40032⋅40032 ≡ 23⋅23=529 ≡ 20 mod 509

128: 400128=40064+64=40064⋅40064 ≡ 20⋅20=400 ≡ 400 mod 509

400188

= 400128+32+16+8+4

= 400128⋅40032⋅40016⋅4008⋅4004

≡ 400 ⋅ 23 ⋅ 351 ⋅ 472 ⋅ 245 mod 509
≡ 9200 ⋅ 351 ⋅ 472 ⋅ 245 mod 509 ≡ 38 ⋅ 351 ⋅ 472 ⋅ 245 mod 509
≡ 13338 ⋅ 472 ⋅ 245 mod 509 ≡ 104 ⋅ 472 ⋅ 245 mod 509
≡ 49088 ⋅ 245 mod 509 ≡ 224 ⋅ 245 mod 509
≡ 54880 mod 509 ≡ 417 mod 509

Es gilt also: 400188 ≡ 417 mod 509

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 56

=>101 = 1⋅56 + 45
=>56 = 1⋅45 + 11
=>45 = 4⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,56)=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= 45-4⋅11
11= 56-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅45 -4⋅(56 -1⋅ 45)
= 1⋅45 -4⋅56 +4⋅ 45)
= -4⋅56 +5⋅ 45 (=1)
45= 101-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅56 +5⋅(101 -1⋅ 56)
= -4⋅56 +5⋅101 -5⋅ 56)
= 5⋅101 -9⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(101,56)=1 = 5⋅101 -9⋅56

oder wenn man 5⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅101 = -9⋅56

-9⋅56 = -5⋅101 + 1 |+101⋅56

-9⋅56 + 101⋅56 = -5⋅101 + 101⋅56 + 1

(-9 + 101) ⋅ 56 = (-5 + 56) ⋅ 101 + 1

92⋅56 = 51⋅101 + 1

Es gilt also: 92⋅56 = 51⋅101 +1

Somit 92⋅56 = 1 mod 101

92 ist also das Inverse von 56 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.