Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12000 + 1202) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12000 + 1202) mod 3 ≡ (12000 mod 3 + 1202 mod 3) mod 3.

12000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12000 = 12000+0 = 3 ⋅ 4000 +0.

1202 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1202 = 1200+2 = 3 ⋅ 400 +2.

Somit gilt:

(12000 + 1202) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (22 ⋅ 88) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(22 ⋅ 88) mod 8 ≡ (22 mod 8 ⋅ 88 mod 8) mod 8.

22 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 16 + 6 = 2 ⋅ 8 + 6 ist.

88 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 88 = 88 + 0 = 11 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(22 ⋅ 88) mod 8 ≡ (6 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 210128 mod 379.

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. 210 -> x
2. mod(x²,379) -> 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: 2101=210

2: 2102=2101+1=2101⋅2101 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 136 mod 379

4: 2104=2102+2=2102⋅2102 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 304 mod 379

8: 2108=2104+4=2104⋅2104 ≡ 304⋅304=92416 ≡ 319 mod 379

16: 21016=2108+8=2108⋅2108 ≡ 319⋅319=101761 ≡ 189 mod 379

32: 21032=21016+16=21016⋅21016 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 95 mod 379

64: 21064=21032+32=21032⋅21032 ≡ 95⋅95=9025 ≡ 308 mod 379

128: 210128=21064+64=21064⋅21064 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 114 mod 379

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 54793 mod 839.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 93 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 93 an und zerlegen 93 in eine Summer von 2er-Potenzen:

93 = 64+16+8+4+1

1: 5471=547

2: 5472=5471+1=5471⋅5471 ≡ 547⋅547=299209 ≡ 525 mod 839

4: 5474=5472+2=5472⋅5472 ≡ 525⋅525=275625 ≡ 433 mod 839

8: 5478=5474+4=5474⋅5474 ≡ 433⋅433=187489 ≡ 392 mod 839

16: 54716=5478+8=5478⋅5478 ≡ 392⋅392=153664 ≡ 127 mod 839

32: 54732=54716+16=54716⋅54716 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 188 mod 839

64: 54764=54732+32=54732⋅54732 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 106 mod 839

54793

= 54764+16+8+4+1

= 54764⋅54716⋅5478⋅5474⋅5471

≡ 106 ⋅ 127 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 13462 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839 ≡ 38 ⋅ 392 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 14896 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839 ≡ 633 ⋅ 433 ⋅ 547 mod 839
≡ 274089 ⋅ 547 mod 839 ≡ 575 ⋅ 547 mod 839
≡ 314525 mod 839 ≡ 739 mod 839

Es gilt also: 54793 ≡ 739 mod 839

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 = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.