Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (162 + 1203) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(162 + 1203) mod 4 ≡ (162 mod 4 + 1203 mod 4) mod 4.

162 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 162 = 160+2 = 4 ⋅ 40 +2.

1203 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1203 = 1200+3 = 4 ⋅ 300 +3.

Somit gilt:

(162 + 1203) mod 4 ≡ (2 + 3) mod 4 ≡ 5 mod 4 ≡ 1 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (21 ⋅ 80) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(21 ⋅ 80) mod 6 ≡ (21 mod 6 ⋅ 80 mod 6) mod 6.

21 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 21 = 18 + 3 = 3 ⋅ 6 + 3 ist.

80 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 78 + 2 = 13 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(21 ⋅ 80) mod 6 ≡ (3 ⋅ 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18116 mod 541.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 181 -> x
2. mod(x²,541) -> 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: 1811=181

2: 1812=1811+1=1811⋅1811 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 301 mod 541

4: 1814=1812+2=1812⋅1812 ≡ 301⋅301=90601 ≡ 254 mod 541

8: 1818=1814+4=1814⋅1814 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 137 mod 541

16: 18116=1818+8=1818⋅1818 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 375 mod 541

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 794221 mod 829.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 221 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 221 an und zerlegen 221 in eine Summer von 2er-Potenzen:

221 = 128+64+16+8+4+1

1: 7941=794

2: 7942=7941+1=7941⋅7941 ≡ 794⋅794=630436 ≡ 396 mod 829

4: 7944=7942+2=7942⋅7942 ≡ 396⋅396=156816 ≡ 135 mod 829

8: 7948=7944+4=7944⋅7944 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 816 mod 829

16: 79416=7948+8=7948⋅7948 ≡ 816⋅816=665856 ≡ 169 mod 829

32: 79432=79416+16=79416⋅79416 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 375 mod 829

64: 79464=79432+32=79432⋅79432 ≡ 375⋅375=140625 ≡ 524 mod 829

128: 794128=79464+64=79464⋅79464 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 177 mod 829

794221

= 794128+64+16+8+4+1

= 794128⋅79464⋅79416⋅7948⋅7944⋅7941

≡ 177 ⋅ 524 ⋅ 169 ⋅ 816 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829
≡ 92748 ⋅ 169 ⋅ 816 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829 ≡ 729 ⋅ 169 ⋅ 816 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829
≡ 123201 ⋅ 816 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829 ≡ 509 ⋅ 816 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829
≡ 415344 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829 ≡ 15 ⋅ 135 ⋅ 794 mod 829
≡ 2025 ⋅ 794 mod 829 ≡ 367 ⋅ 794 mod 829
≡ 291398 mod 829 ≡ 419 mod 829

Es gilt also: 794221 ≡ 419 mod 829

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 30

=>67 = 2⋅30 + 7
=>30 = 4⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,30)=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= 7-3⋅2
2= 30-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7)
= -3⋅30 +13⋅ 7 (=1)
7= 67-2⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +13⋅(67 -2⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅67 -26⋅ 30)
= 13⋅67 -29⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(67,30)=1 = 13⋅67 -29⋅30

oder wenn man 13⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅67 = -29⋅30

-29⋅30 = -13⋅67 + 1 |+67⋅30

-29⋅30 + 67⋅30 = -13⋅67 + 67⋅30 + 1

(-29 + 67) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 67 + 1

38⋅30 = 17⋅67 + 1

Es gilt also: 38⋅30 = 17⋅67 +1

Somit 38⋅30 = 1 mod 67

38 ist also das Inverse von 30 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.