Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1801 - 3000) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1801 - 3000) mod 6 ≡ (1801 mod 6 - 3000 mod 6) mod 6.

1801 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1801 = 1800+1 = 6 ⋅ 300 +1.

3000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3000 = 3000+0 = 6 ⋅ 500 +0.

Somit gilt:

(1801 - 3000) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (51 ⋅ 88) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(51 ⋅ 88) mod 6 ≡ (51 mod 6 ⋅ 88 mod 6) mod 6.

51 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 48 + 3 = 8 ⋅ 6 + 3 ist.

88 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 84 + 4 = 14 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(51 ⋅ 88) mod 6 ≡ (3 ⋅ 4) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25732 mod 271.

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. 257 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 2571=257

2: 2572=2571+1=2571⋅2571 ≡ 257⋅257=66049 ≡ 196 mod 271

4: 2574=2572+2=2572⋅2572 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 205 mod 271

8: 2578=2574+4=2574⋅2574 ≡ 205⋅205=42025 ≡ 20 mod 271

16: 25716=2578+8=2578⋅2578 ≡ 20⋅20=400 ≡ 129 mod 271

32: 25732=25716+16=25716⋅25716 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 110 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 365248 mod 859.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 248 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 248 an und zerlegen 248 in eine Summer von 2er-Potenzen:

248 = 128+64+32+16+8

1: 3651=365

2: 3652=3651+1=3651⋅3651 ≡ 365⋅365=133225 ≡ 80 mod 859

4: 3654=3652+2=3652⋅3652 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 387 mod 859

8: 3658=3654+4=3654⋅3654 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 303 mod 859

16: 36516=3658+8=3658⋅3658 ≡ 303⋅303=91809 ≡ 755 mod 859

32: 36532=36516+16=36516⋅36516 ≡ 755⋅755=570025 ≡ 508 mod 859

64: 36564=36532+32=36532⋅36532 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 364 mod 859

128: 365128=36564+64=36564⋅36564 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 210 mod 859

365248

= 365128+64+32+16+8

= 365128⋅36564⋅36532⋅36516⋅3658

≡ 210 ⋅ 364 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 76440 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859 ≡ 848 ⋅ 508 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 430784 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859 ≡ 425 ⋅ 755 ⋅ 303 mod 859
≡ 320875 ⋅ 303 mod 859 ≡ 468 ⋅ 303 mod 859
≡ 141804 mod 859 ≡ 69 mod 859

Es gilt also: 365248 ≡ 69 mod 859

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 74.

Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 74

=>83 = 1⋅74 + 9
=>74 = 8⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,74)=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= 9-4⋅2
2= 74-8⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(74 -8⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅74 +32⋅ 9)
= -4⋅74 +33⋅ 9 (=1)
9= 83-1⋅74 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅74 +33⋅(83 -1⋅ 74)
= -4⋅74 +33⋅83 -33⋅ 74)
= 33⋅83 -37⋅ 74 (=1)

Es gilt also: ggt(83,74)=1 = 33⋅83 -37⋅74

oder wenn man 33⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -33⋅83 = -37⋅74

-37⋅74 = -33⋅83 + 1 |+83⋅74

-37⋅74 + 83⋅74 = -33⋅83 + 83⋅74 + 1

(-37 + 83) ⋅ 74 = (-33 + 74) ⋅ 83 + 1

46⋅74 = 41⋅83 + 1

Es gilt also: 46⋅74 = 41⋅83 +1

Somit 46⋅74 = 1 mod 83

46 ist also das Inverse von 74 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.