Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1394 - 14000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1394 - 14000) mod 7 ≡ (1394 mod 7 - 14000 mod 7) mod 7.

1394 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1394 = 1400-6 = 7 ⋅ 200 -6 = 7 ⋅ 200 - 7 + 1.

14000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14000 = 14000+0 = 7 ⋅ 2000 +0.

Somit gilt:

(1394 - 14000) mod 7 ≡ (1 - 0) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (31 ⋅ 78) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(31 ⋅ 78) mod 11 ≡ (31 mod 11 ⋅ 78 mod 11) mod 11.

31 mod 11 ≡ 9 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 31 = 22 + 9 = 2 ⋅ 11 + 9 ist.

78 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 78 = 77 + 1 = 7 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(31 ⋅ 78) mod 11 ≡ (9 ⋅ 1) mod 11 ≡ 9 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 76332 mod 983.

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. 763 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 7631=763

2: 7632=7631+1=7631⋅7631 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 233 mod 983

4: 7634=7632+2=7632⋅7632 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 224 mod 983

8: 7638=7634+4=7634⋅7634 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 43 mod 983

16: 76316=7638+8=7638⋅7638 ≡ 43⋅43=1849 ≡ 866 mod 983

32: 76332=76316+16=76316⋅76316 ≡ 866⋅866=749956 ≡ 910 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 280214 mod 601.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:

214 = 128+64+16+4+2

1: 2801=280

2: 2802=2801+1=2801⋅2801 ≡ 280⋅280=78400 ≡ 270 mod 601

4: 2804=2802+2=2802⋅2802 ≡ 270⋅270=72900 ≡ 179 mod 601

8: 2808=2804+4=2804⋅2804 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 188 mod 601

16: 28016=2808+8=2808⋅2808 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 486 mod 601

32: 28032=28016+16=28016⋅28016 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 3 mod 601

64: 28064=28032+32=28032⋅28032 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 601

128: 280128=28064+64=28064⋅28064 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 601

280214

= 280128+64+16+4+2

= 280128⋅28064⋅28016⋅2804⋅2802

≡ 81 ⋅ 9 ⋅ 486 ⋅ 179 ⋅ 270 mod 601
≡ 729 ⋅ 486 ⋅ 179 ⋅ 270 mod 601 ≡ 128 ⋅ 486 ⋅ 179 ⋅ 270 mod 601
≡ 62208 ⋅ 179 ⋅ 270 mod 601 ≡ 305 ⋅ 179 ⋅ 270 mod 601
≡ 54595 ⋅ 270 mod 601 ≡ 505 ⋅ 270 mod 601
≡ 136350 mod 601 ≡ 524 mod 601

Es gilt also: 280214 ≡ 524 mod 601

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 38

=>53 = 1⋅38 + 15
=>38 = 2⋅15 + 8
=>15 = 1⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,38)=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= 8-1⋅7
7= 15-1⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(15 -1⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅15 +1⋅ 8)
= -1⋅15 +2⋅ 8 (=1)
8= 38-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +2⋅(38 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +2⋅38 -4⋅ 15)
= 2⋅38 -5⋅ 15 (=1)
15= 53-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅38 -5⋅(53 -1⋅ 38)
= 2⋅38 -5⋅53 +5⋅ 38)
= -5⋅53 +7⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(53,38)=1 = -5⋅53 +7⋅38

oder wenn man -5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅53 = +7⋅38

Es gilt also: 7⋅38 = 5⋅53 +1

Somit 7⋅38 = 1 mod 53

7 ist also das Inverse von 38 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.