Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (124 + 298) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(124 + 298) mod 6 ≡ (124 mod 6 + 298 mod 6) mod 6.

124 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 124 = 120+4 = 6 ⋅ 20 +4.

298 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 298 = 300-2 = 6 ⋅ 50 -2 = 6 ⋅ 50 - 6 + 4.

Somit gilt:

(124 + 298) mod 6 ≡ (4 + 4) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (90 ⋅ 62) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(90 ⋅ 62) mod 3 ≡ (90 mod 3 ⋅ 62 mod 3) mod 3.

90 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 90 = 90 + 0 = 30 ⋅ 3 + 0 ist.

62 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 20 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(90 ⋅ 62) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 524128 mod 953.

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. 524 -> 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: 5241=524

2: 5242=5241+1=5241⋅5241 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 112 mod 953

4: 5244=5242+2=5242⋅5242 ≡ 112⋅112=12544 ≡ 155 mod 953

8: 5248=5244+4=5244⋅5244 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 200 mod 953

16: 52416=5248+8=5248⋅5248 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 927 mod 953

32: 52432=52416+16=52416⋅52416 ≡ 927⋅927=859329 ≡ 676 mod 953

64: 52464=52432+32=52432⋅52432 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 489 mod 953

128: 524128=52464+64=52464⋅52464 ≡ 489⋅489=239121 ≡ 871 mod 953

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 876193 mod 919.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 193 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 193 an und zerlegen 193 in eine Summer von 2er-Potenzen:

193 = 128+64+1

1: 8761=876

2: 8762=8761+1=8761⋅8761 ≡ 876⋅876=767376 ≡ 11 mod 919

4: 8764=8762+2=8762⋅8762 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 919

8: 8768=8764+4=8764⋅8764 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 856 mod 919

16: 87616=8768+8=8768⋅8768 ≡ 856⋅856=732736 ≡ 293 mod 919

32: 87632=87616+16=87616⋅87616 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 382 mod 919

64: 87664=87632+32=87632⋅87632 ≡ 382⋅382=145924 ≡ 722 mod 919

128: 876128=87664+64=87664⋅87664 ≡ 722⋅722=521284 ≡ 211 mod 919

876193

= 876128+64+1

= 876128⋅87664⋅8761

≡ 211 ⋅ 722 ⋅ 876 mod 919
≡ 152342 ⋅ 876 mod 919 ≡ 707 ⋅ 876 mod 919
≡ 619332 mod 919 ≡ 845 mod 919

Es gilt also: 876193 ≡ 845 mod 919

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 48

=>73 = 1⋅48 + 25
=>48 = 1⋅25 + 23
=>25 = 1⋅23 + 2
=>23 = 11⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,48)=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= 23-11⋅2
2= 25-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅23 -11⋅(25 -1⋅ 23)
= 1⋅23 -11⋅25 +11⋅ 23)
= -11⋅25 +12⋅ 23 (=1)
23= 48-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅25 +12⋅(48 -1⋅ 25)
= -11⋅25 +12⋅48 -12⋅ 25)
= 12⋅48 -23⋅ 25 (=1)
25= 73-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 12⋅48 -23⋅(73 -1⋅ 48)
= 12⋅48 -23⋅73 +23⋅ 48)
= -23⋅73 +35⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(73,48)=1 = -23⋅73 +35⋅48

oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +23⋅73 = +35⋅48

Es gilt also: 35⋅48 = 23⋅73 +1

Somit 35⋅48 = 1 mod 73

35 ist also das Inverse von 48 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.