Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7002 - 3497) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7002 - 3497) mod 7 ≡ (7002 mod 7 - 3497 mod 7) mod 7.

7002 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7002 = 7000+2 = 7 ⋅ 1000 +2.

3497 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3497 = 3500-3 = 7 ⋅ 500 -3 = 7 ⋅ 500 - 7 + 4.

Somit gilt:

(7002 - 3497) mod 7 ≡ (2 - 4) mod 7 ≡ -2 mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (100 ⋅ 16) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(100 ⋅ 16) mod 3 ≡ (100 mod 3 ⋅ 16 mod 3) mod 3.

100 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 99 + 1 = 33 ⋅ 3 + 1 ist.

16 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16 = 15 + 1 = 5 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(100 ⋅ 16) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 32932 mod 953.

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. 329 -> x
2. mod(x²,953) -> 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: 3291=329

2: 3292=3291+1=3291⋅3291 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 552 mod 953

4: 3294=3292+2=3292⋅3292 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 697 mod 953

8: 3298=3294+4=3294⋅3294 ≡ 697⋅697=485809 ≡ 732 mod 953

16: 32916=3298+8=3298⋅3298 ≡ 732⋅732=535824 ≡ 238 mod 953

32: 32932=32916+16=32916⋅32916 ≡ 238⋅238=56644 ≡ 417 mod 953

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 679251 mod 797.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 251 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 251 an und zerlegen 251 in eine Summer von 2er-Potenzen:

251 = 128+64+32+16+8+2+1

1: 6791=679

2: 6792=6791+1=6791⋅6791 ≡ 679⋅679=461041 ≡ 375 mod 797

4: 6794=6792+2=6792⋅6792 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 353 mod 797

8: 6798=6794+4=6794⋅6794 ≡ 353⋅353=124609 ≡ 277 mod 797

16: 67916=6798+8=6798⋅6798 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 217 mod 797

32: 67932=67916+16=67916⋅67916 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 66 mod 797

64: 67964=67932+32=67932⋅67932 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 371 mod 797

128: 679128=67964+64=67964⋅67964 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 557 mod 797

679251

= 679128+64+32+16+8+2+1

= 679128⋅67964⋅67932⋅67916⋅6798⋅6792⋅6791

≡ 557 ⋅ 371 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 206647 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 224 ⋅ 66 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 14784 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 438 ⋅ 217 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 95046 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 203 ⋅ 277 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 56231 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 441 ⋅ 375 ⋅ 679 mod 797
≡ 165375 ⋅ 679 mod 797 ≡ 396 ⋅ 679 mod 797
≡ 268884 mod 797 ≡ 295 mod 797

Es gilt also: 679251 ≡ 295 mod 797

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 23

=>73 = 3⋅23 + 4
=>23 = 5⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,23)=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= 4-1⋅3
3= 23-5⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(23 -5⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅23 +5⋅ 4)
= -1⋅23 +6⋅ 4 (=1)
4= 73-3⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅23 +6⋅(73 -3⋅ 23)
= -1⋅23 +6⋅73 -18⋅ 23)
= 6⋅73 -19⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(73,23)=1 = 6⋅73 -19⋅23

oder wenn man 6⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -6⋅73 = -19⋅23

-19⋅23 = -6⋅73 + 1 |+73⋅23

-19⋅23 + 73⋅23 = -6⋅73 + 73⋅23 + 1

(-19 + 73) ⋅ 23 = (-6 + 23) ⋅ 73 + 1

54⋅23 = 17⋅73 + 1

Es gilt also: 54⋅23 = 17⋅73 +1

Somit 54⋅23 = 1 mod 73

54 ist also das Inverse von 23 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.