Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (36009 - 45001) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(36009 - 45001) mod 9 ≡ (36009 mod 9 - 45001 mod 9) mod 9.

36009 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 36009 = 36000+9 = 9 ⋅ 4000 +9.

45001 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45001 = 45000+1 = 9 ⋅ 5000 +1.

Somit gilt:

(36009 - 45001) mod 9 ≡ (0 - 1) mod 9 ≡ -1 mod 9 ≡ 8 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 71) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 71) mod 11 ≡ (57 mod 11 ⋅ 71 mod 11) mod 11.

57 mod 11 ≡ 2 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 55 + 2 = 5 ⋅ 11 + 2 ist.

71 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 66 + 5 = 6 ⋅ 11 + 5 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 71) mod 11 ≡ (2 ⋅ 5) mod 11 ≡ 10 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20616 mod 281.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 206 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 2061=206

2: 2062=2061+1=2061⋅2061 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 5 mod 281

4: 2064=2062+2=2062⋅2062 ≡ 5⋅5=25 ≡ 25 mod 281

8: 2068=2064+4=2064⋅2064 ≡ 25⋅25=625 ≡ 63 mod 281

16: 20616=2068+8=2068⋅2068 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 230247 mod 307.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 247 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 247 an und zerlegen 247 in eine Summer von 2er-Potenzen:

247 = 128+64+32+16+4+2+1

1: 2301=230

2: 2302=2301+1=2301⋅2301 ≡ 230⋅230=52900 ≡ 96 mod 307

4: 2304=2302+2=2302⋅2302 ≡ 96⋅96=9216 ≡ 6 mod 307

8: 2308=2304+4=2304⋅2304 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 307

16: 23016=2308+8=2308⋅2308 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 68 mod 307

32: 23032=23016+16=23016⋅23016 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 19 mod 307

64: 23064=23032+32=23032⋅23032 ≡ 19⋅19=361 ≡ 54 mod 307

128: 230128=23064+64=23064⋅23064 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 153 mod 307

230247

= 230128+64+32+16+4+2+1

= 230128⋅23064⋅23032⋅23016⋅2304⋅2302⋅2301

≡ 153 ⋅ 54 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 8262 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 280 ⋅ 19 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 5320 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 101 ⋅ 68 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 6868 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 114 ⋅ 6 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 684 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307 ≡ 70 ⋅ 96 ⋅ 230 mod 307
≡ 6720 ⋅ 230 mod 307 ≡ 273 ⋅ 230 mod 307
≡ 62790 mod 307 ≡ 162 mod 307

Es gilt also: 230247 ≡ 162 mod 307

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 52

=>101 = 1⋅52 + 49
=>52 = 1⋅49 + 3
=>49 = 16⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,52)=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= 49-16⋅3
3= 52-1⋅49 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅49 -16⋅(52 -1⋅ 49)
= 1⋅49 -16⋅52 +16⋅ 49)
= -16⋅52 +17⋅ 49 (=1)
49= 101-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -16⋅52 +17⋅(101 -1⋅ 52)
= -16⋅52 +17⋅101 -17⋅ 52)
= 17⋅101 -33⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(101,52)=1 = 17⋅101 -33⋅52

oder wenn man 17⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅101 = -33⋅52

-33⋅52 = -17⋅101 + 1 |+101⋅52

-33⋅52 + 101⋅52 = -17⋅101 + 101⋅52 + 1

(-33 + 101) ⋅ 52 = (-17 + 52) ⋅ 101 + 1

68⋅52 = 35⋅101 + 1

Es gilt also: 68⋅52 = 35⋅101 +1

Somit 68⋅52 = 1 mod 101

68 ist also das Inverse von 52 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.