Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (177 - 17992) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(177 - 17992) mod 9 ≡ (177 mod 9 - 17992 mod 9) mod 9.

177 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177 = 180-3 = 9 ⋅ 20 -3 = 9 ⋅ 20 - 9 + 6.

17992 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 17992 = 18000-8 = 9 ⋅ 2000 -8 = 9 ⋅ 2000 - 9 + 1.

Somit gilt:

(177 - 17992) mod 9 ≡ (6 - 1) mod 9 ≡ 5 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 91) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 91) mod 5 ≡ (46 mod 5 ⋅ 91 mod 5) mod 5.

46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.

91 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 91 = 90 + 1 = 18 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 91) mod 5 ≡ (1 ⋅ 1) mod 5 ≡ 1 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 16032 mod 389.

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. 160 -> x
2. mod(x²,389) -> 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: 1601=160

2: 1602=1601+1=1601⋅1601 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 315 mod 389

4: 1604=1602+2=1602⋅1602 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 30 mod 389

8: 1608=1604+4=1604⋅1604 ≡ 30⋅30=900 ≡ 122 mod 389

16: 16016=1608+8=1608⋅1608 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 102 mod 389

32: 16032=16016+16=16016⋅16016 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 290 mod 389

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 231151 mod 421.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 151 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 151 an und zerlegen 151 in eine Summer von 2er-Potenzen:

151 = 128+16+4+2+1

1: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 315 mod 421

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 315⋅315=99225 ≡ 290 mod 421

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 321 mod 421

16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 317 mod 421

32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 317⋅317=100489 ≡ 291 mod 421

64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 60 mod 421

128: 231128=23164+64=23164⋅23164 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 232 mod 421

231151

= 231128+16+4+2+1

= 231128⋅23116⋅2314⋅2312⋅2311

≡ 232 ⋅ 317 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 73544 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421 ≡ 290 ⋅ 290 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 84100 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421 ≡ 321 ⋅ 315 ⋅ 231 mod 421
≡ 101115 ⋅ 231 mod 421 ≡ 75 ⋅ 231 mod 421
≡ 17325 mod 421 ≡ 64 mod 421

Es gilt also: 231151 ≡ 64 mod 421

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 68.

Also bestimme x, so dass 68 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 68

=>79 = 1⋅68 + 11
=>68 = 6⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,68)=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= 11-5⋅2
2= 68-6⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(68 -6⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅68 +30⋅ 11)
= -5⋅68 +31⋅ 11 (=1)
11= 79-1⋅68 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅68 +31⋅(79 -1⋅ 68)
= -5⋅68 +31⋅79 -31⋅ 68)
= 31⋅79 -36⋅ 68 (=1)

Es gilt also: ggt(79,68)=1 = 31⋅79 -36⋅68

oder wenn man 31⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -31⋅79 = -36⋅68

-36⋅68 = -31⋅79 + 1 |+79⋅68

-36⋅68 + 79⋅68 = -31⋅79 + 79⋅68 + 1

(-36 + 79) ⋅ 68 = (-31 + 68) ⋅ 79 + 1

43⋅68 = 37⋅79 + 1

Es gilt also: 43⋅68 = 37⋅79 +1

Somit 43⋅68 = 1 mod 79

43 ist also das Inverse von 68 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.