Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (114 - 3000) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(114 - 3000) mod 6 ≡ (114 mod 6 - 3000 mod 6) mod 6.

114 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 114 = 120-6 = 6 ⋅ 20 -6 = 6 ⋅ 20 - 6 + 0.

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

Somit gilt:

(114 - 3000) mod 6 ≡ (0 - 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 ⋅ 30) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 ⋅ 30) mod 10 ≡ (32 mod 10 ⋅ 30 mod 10) mod 10.

32 mod 10 ≡ 2 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30 + 2 = 3 ⋅ 10 + 2 ist.

30 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30 + 0 = 3 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(32 ⋅ 30) mod 10 ≡ (2 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 569128 mod 1009.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 569 -> x
2. mod(x²,1009) -> 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: 5691=569

2: 5692=5691+1=5691⋅5691 ≡ 569⋅569=323761 ≡ 881 mod 1009

4: 5694=5692+2=5692⋅5692 ≡ 881⋅881=776161 ≡ 240 mod 1009

8: 5698=5694+4=5694⋅5694 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 87 mod 1009

16: 56916=5698+8=5698⋅5698 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 506 mod 1009

32: 56932=56916+16=56916⋅56916 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 759 mod 1009

64: 56964=56932+32=56932⋅56932 ≡ 759⋅759=576081 ≡ 951 mod 1009

128: 569128=56964+64=56964⋅56964 ≡ 951⋅951=904401 ≡ 337 mod 1009

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 343178 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 178 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 178 an und zerlegen 178 in eine Summer von 2er-Potenzen:

178 = 128+32+16+2

1: 3431=343

2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 329 mod 419

4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 139 mod 419

8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 47 mod 419

16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 114 mod 419

32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 7 mod 419

64: 34364=34332+32=34332⋅34332 ≡ 7⋅7=49 ≡ 49 mod 419

128: 343128=34364+64=34364⋅34364 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 306 mod 419

343178

= 343128+32+16+2

= 343128⋅34332⋅34316⋅3432

≡ 306 ⋅ 7 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419
≡ 2142 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419 ≡ 47 ⋅ 114 ⋅ 329 mod 419
≡ 5358 ⋅ 329 mod 419 ≡ 330 ⋅ 329 mod 419
≡ 108570 mod 419 ≡ 49 mod 419

Es gilt also: 343178 ≡ 49 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52

=>59 = 1⋅52 + 7
=>52 = 7⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3
3= 52-7⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7)
= -2⋅52 +15⋅ 7 (=1)
7= 59-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52)
= 15⋅59 -17⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52

oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅59 = -17⋅52

-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52

-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1

(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1

42⋅52 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1

Somit 42⋅52 = 1 mod 59

42 ist also das Inverse von 52 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.