Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (898 + 15000) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(898 + 15000) mod 3 ≡ (898 mod 3 + 15000 mod 3) mod 3.

898 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 898 = 900-2 = 3 ⋅ 300 -2 = 3 ⋅ 300 - 3 + 1.

15000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15000 = 15000+0 = 3 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(898 + 15000) mod 3 ≡ (1 + 0) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (35 ⋅ 92) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(35 ⋅ 92) mod 6 ≡ (35 mod 6 ⋅ 92 mod 6) mod 6.

35 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35 = 30 + 5 = 5 ⋅ 6 + 5 ist.

92 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 15 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(35 ⋅ 92) mod 6 ≡ (5 ⋅ 2) mod 6 ≡ 10 mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 52132 mod 547.

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. 521 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 5211=521

2: 5212=5211+1=5211⋅5211 ≡ 521⋅521=271441 ≡ 129 mod 547

4: 5214=5212+2=5212⋅5212 ≡ 129⋅129=16641 ≡ 231 mod 547

8: 5218=5214+4=5214⋅5214 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 302 mod 547

16: 52116=5218+8=5218⋅5218 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 402 mod 547

32: 52132=52116+16=52116⋅52116 ≡ 402⋅402=161604 ≡ 239 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 485143 mod 733.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 143 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 143 an und zerlegen 143 in eine Summer von 2er-Potenzen:

143 = 128+8+4+2+1

1: 4851=485

2: 4852=4851+1=4851⋅4851 ≡ 485⋅485=235225 ≡ 665 mod 733

4: 4854=4852+2=4852⋅4852 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 226 mod 733

8: 4858=4854+4=4854⋅4854 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 499 mod 733

16: 48516=4858+8=4858⋅4858 ≡ 499⋅499=249001 ≡ 514 mod 733

32: 48532=48516+16=48516⋅48516 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 316 mod 733

64: 48564=48532+32=48532⋅48532 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 168 mod 733

128: 485128=48564+64=48564⋅48564 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 370 mod 733

485143

= 485128+8+4+2+1

= 485128⋅4858⋅4854⋅4852⋅4851

≡ 370 ⋅ 499 ⋅ 226 ⋅ 665 ⋅ 485 mod 733
≡ 184630 ⋅ 226 ⋅ 665 ⋅ 485 mod 733 ≡ 647 ⋅ 226 ⋅ 665 ⋅ 485 mod 733
≡ 146222 ⋅ 665 ⋅ 485 mod 733 ≡ 355 ⋅ 665 ⋅ 485 mod 733
≡ 236075 ⋅ 485 mod 733 ≡ 49 ⋅ 485 mod 733
≡ 23765 mod 733 ≡ 309 mod 733

Es gilt also: 485143 ≡ 309 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 77.

Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 77

=>101 = 1⋅77 + 24
=>77 = 3⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,77)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 77-3⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(77 -3⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅77 -15⋅ 24)
= 5⋅77 -16⋅ 24 (=1)
24= 101-1⋅77 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅77 -16⋅(101 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -16⋅101 +16⋅ 77)
= -16⋅101 +21⋅ 77 (=1)

Es gilt also: ggt(101,77)=1 = -16⋅101 +21⋅77

oder wenn man -16⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅101 = +21⋅77

Es gilt also: 21⋅77 = 16⋅101 +1

Somit 21⋅77 = 1 mod 101

21 ist also das Inverse von 77 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.