Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 + 1603) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 + 1603) mod 4 ≡ (41 mod 4 + 1603 mod 4) mod 4.

41 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 40+1 = 4 ⋅ 10 +1.

1603 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1603 = 1600+3 = 4 ⋅ 400 +3.

Somit gilt:

(41 + 1603) mod 4 ≡ (1 + 3) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (44 ⋅ 80) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(44 ⋅ 80) mod 10 ≡ (44 mod 10 ⋅ 80 mod 10) mod 10.

44 mod 10 ≡ 4 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44 = 40 + 4 = 4 ⋅ 10 + 4 ist.

80 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 8 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(44 ⋅ 80) mod 10 ≡ (4 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 474128 mod 983.

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. 474 -> x
2. mod(x²,983) -> 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: 4741=474

2: 4742=4741+1=4741⋅4741 ≡ 474⋅474=224676 ≡ 552 mod 983

4: 4744=4742+2=4742⋅4742 ≡ 552⋅552=304704 ≡ 957 mod 983

8: 4748=4744+4=4744⋅4744 ≡ 957⋅957=915849 ≡ 676 mod 983

16: 47416=4748+8=4748⋅4748 ≡ 676⋅676=456976 ≡ 864 mod 983

32: 47432=47416+16=47416⋅47416 ≡ 864⋅864=746496 ≡ 399 mod 983

64: 47464=47432+32=47432⋅47432 ≡ 399⋅399=159201 ≡ 938 mod 983

128: 474128=47464+64=47464⋅47464 ≡ 938⋅938=879844 ≡ 59 mod 983

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 314242 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 242 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 242 an und zerlegen 242 in eine Summer von 2er-Potenzen:

242 = 128+64+32+16+2

1: 3141=314

2: 3142=3141+1=3141⋅3141 ≡ 314⋅314=98596 ≡ 583 mod 883

4: 3144=3142+2=3142⋅3142 ≡ 583⋅583=339889 ≡ 817 mod 883

8: 3148=3144+4=3144⋅3144 ≡ 817⋅817=667489 ≡ 824 mod 883

16: 31416=3148+8=3148⋅3148 ≡ 824⋅824=678976 ≡ 832 mod 883

32: 31432=31416+16=31416⋅31416 ≡ 832⋅832=692224 ≡ 835 mod 883

64: 31464=31432+32=31432⋅31432 ≡ 835⋅835=697225 ≡ 538 mod 883

128: 314128=31464+64=31464⋅31464 ≡ 538⋅538=289444 ≡ 703 mod 883

314242

= 314128+64+32+16+2

= 314128⋅31464⋅31432⋅31416⋅3142

≡ 703 ⋅ 538 ⋅ 835 ⋅ 832 ⋅ 583 mod 883
≡ 378214 ⋅ 835 ⋅ 832 ⋅ 583 mod 883 ≡ 290 ⋅ 835 ⋅ 832 ⋅ 583 mod 883
≡ 242150 ⋅ 832 ⋅ 583 mod 883 ≡ 208 ⋅ 832 ⋅ 583 mod 883
≡ 173056 ⋅ 583 mod 883 ≡ 871 ⋅ 583 mod 883
≡ 507793 mod 883 ≡ 68 mod 883

Es gilt also: 314242 ≡ 68 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 19.

Also bestimme x, so dass 19 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 19

=>53 = 2⋅19 + 15
=>19 = 1⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,19)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 19-1⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(19 -1⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅19 -4⋅ 15)
= 4⋅19 -5⋅ 15 (=1)
15= 53-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅19 -5⋅(53 -2⋅ 19)
= 4⋅19 -5⋅53 +10⋅ 19)
= -5⋅53 +14⋅ 19 (=1)

Es gilt also: ggt(53,19)=1 = -5⋅53 +14⋅19

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

1 +5⋅53 = +14⋅19

Es gilt also: 14⋅19 = 5⋅53 +1

Somit 14⋅19 = 1 mod 53

14 ist also das Inverse von 19 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.