Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4506 - 445) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4506 - 445) mod 9 ≡ (4506 mod 9 - 445 mod 9) mod 9.

4506 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4506 = 4500+6 = 9 ⋅ 500 +6.

445 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 445 = 450-5 = 9 ⋅ 50 -5 = 9 ⋅ 50 - 9 + 4.

Somit gilt:

(4506 - 445) mod 9 ≡ (6 - 4) mod 9 ≡ 2 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 27) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(97 ⋅ 27) mod 3 ≡ (97 mod 3 ⋅ 27 mod 3) mod 3.

97 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 32 ⋅ 3 + 1 ist.

27 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27 = 27 + 0 = 9 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(97 ⋅ 27) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2318 mod 457.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 231 -> x
2. mod(x²,457) -> 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: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 349 mod 457

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 239 mod 457

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 453 mod 457

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 598127 mod 659.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 5981=598

2: 5982=5981+1=5981⋅5981 ≡ 598⋅598=357604 ≡ 426 mod 659

4: 5984=5982+2=5982⋅5982 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 251 mod 659

8: 5988=5984+4=5984⋅5984 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 396 mod 659

16: 59816=5988+8=5988⋅5988 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 633 mod 659

32: 59832=59816+16=59816⋅59816 ≡ 633⋅633=400689 ≡ 17 mod 659

64: 59864=59832+32=59832⋅59832 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 659

598127

= 59864+32+16+8+4+2+1

= 59864⋅59832⋅59816⋅5988⋅5984⋅5982⋅5981

≡ 289 ⋅ 17 ⋅ 633 ⋅ 396 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659
≡ 4913 ⋅ 633 ⋅ 396 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659 ≡ 300 ⋅ 633 ⋅ 396 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659
≡ 189900 ⋅ 396 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659 ≡ 108 ⋅ 396 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659
≡ 42768 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659 ≡ 592 ⋅ 251 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659
≡ 148592 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659 ≡ 317 ⋅ 426 ⋅ 598 mod 659
≡ 135042 ⋅ 598 mod 659 ≡ 606 ⋅ 598 mod 659
≡ 362388 mod 659 ≡ 597 mod 659

Es gilt also: 598127 ≡ 597 mod 659

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 48

=>67 = 1⋅48 + 19
=>48 = 2⋅19 + 10
=>19 = 1⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,48)=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= 10-1⋅9
9= 19-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(19 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅19 +1⋅ 10)
= -1⋅19 +2⋅ 10 (=1)
10= 48-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅19 +2⋅(48 -2⋅ 19)
= -1⋅19 +2⋅48 -4⋅ 19)
= 2⋅48 -5⋅ 19 (=1)
19= 67-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅48 -5⋅(67 -1⋅ 48)
= 2⋅48 -5⋅67 +5⋅ 48)
= -5⋅67 +7⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(67,48)=1 = -5⋅67 +7⋅48

oder wenn man -5⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +5⋅67 = +7⋅48

Es gilt also: 7⋅48 = 5⋅67 +1

Somit 7⋅48 = 1 mod 67

7 ist also das Inverse von 48 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.