Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18003 + 121) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18003 + 121) mod 6 ≡ (18003 mod 6 + 121 mod 6) mod 6.

18003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 6 ⋅ 3000 +3.

121 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 121 = 120+1 = 6 ⋅ 20 +1.

Somit gilt:

(18003 + 121) mod 6 ≡ (3 + 1) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (80 ⋅ 46) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(80 ⋅ 46) mod 5 ≡ (80 mod 5 ⋅ 46 mod 5) mod 5.

80 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 16 ⋅ 5 + 0 ist.

46 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 9 ⋅ 5 + 1 ist.

Somit gilt:

(80 ⋅ 46) mod 5 ≡ (0 ⋅ 1) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 189128 mod 307.

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. 189 -> x
2. mod(x²,307) -> 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: 1891=189

2: 1892=1891+1=1891⋅1891 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 109 mod 307

4: 1894=1892+2=1892⋅1892 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 215 mod 307

8: 1898=1894+4=1894⋅1894 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 175 mod 307

16: 18916=1898+8=1898⋅1898 ≡ 175⋅175=30625 ≡ 232 mod 307

32: 18932=18916+16=18916⋅18916 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 99 mod 307

64: 18964=18932+32=18932⋅18932 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 284 mod 307

128: 189128=18964+64=18964⋅18964 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 222 mod 307

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 321234 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 234 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 234 an und zerlegen 234 in eine Summer von 2er-Potenzen:

234 = 128+64+32+8+2

1: 3211=321

2: 3212=3211+1=3211⋅3211 ≡ 321⋅321=103041 ≡ 281 mod 367

4: 3214=3212+2=3212⋅3212 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 56 mod 367

8: 3218=3214+4=3214⋅3214 ≡ 56⋅56=3136 ≡ 200 mod 367

16: 32116=3218+8=3218⋅3218 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 364 mod 367

32: 32132=32116+16=32116⋅32116 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 9 mod 367

64: 32164=32132+32=32132⋅32132 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 367

128: 321128=32164+64=32164⋅32164 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 322 mod 367

321234

= 321128+64+32+8+2

= 321128⋅32164⋅32132⋅3218⋅3212

≡ 322 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 200 ⋅ 281 mod 367
≡ 26082 ⋅ 9 ⋅ 200 ⋅ 281 mod 367 ≡ 25 ⋅ 9 ⋅ 200 ⋅ 281 mod 367
≡ 225 ⋅ 200 ⋅ 281 mod 367
≡ 45000 ⋅ 281 mod 367 ≡ 226 ⋅ 281 mod 367
≡ 63506 mod 367 ≡ 15 mod 367

Es gilt also: 321234 ≡ 15 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 44

=>53 = 1⋅44 + 9
=>44 = 4⋅9 + 8
=>9 = 1⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,44)=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= 9-1⋅8
8= 44-4⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -1⋅(44 -4⋅ 9)
= 1⋅9 -1⋅44 +4⋅ 9)
= -1⋅44 +5⋅ 9 (=1)
9= 53-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅44 +5⋅(53 -1⋅ 44)
= -1⋅44 +5⋅53 -5⋅ 44)
= 5⋅53 -6⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(53,44)=1 = 5⋅53 -6⋅44

oder wenn man 5⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅53 = -6⋅44

-6⋅44 = -5⋅53 + 1 |+53⋅44

-6⋅44 + 53⋅44 = -5⋅53 + 53⋅44 + 1

(-6 + 53) ⋅ 44 = (-5 + 44) ⋅ 53 + 1

47⋅44 = 39⋅53 + 1

Es gilt also: 47⋅44 = 39⋅53 +1

Somit 47⋅44 = 1 mod 53

47 ist also das Inverse von 44 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.