Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (596 - 2996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(596 - 2996) mod 6 ≡ (596 mod 6 - 2996 mod 6) mod 6.

596 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 596 = 600-4 = 6 ⋅ 100 -4 = 6 ⋅ 100 - 6 + 2.

2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996 = 3000-4 = 6 ⋅ 500 -4 = 6 ⋅ 500 - 6 + 2.

Somit gilt:

(596 - 2996) mod 6 ≡ (2 - 2) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 43) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 43) mod 8 ≡ (20 mod 8 ⋅ 43 mod 8) mod 8.

20 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 16 + 4 = 2 ⋅ 8 + 4 ist.

43 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 40 + 3 = 5 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 43) mod 8 ≡ (4 ⋅ 3) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 103128 mod 271.

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. 103 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1031=103

2: 1032=1031+1=1031⋅1031 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 40 mod 271

4: 1034=1032+2=1032⋅1032 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 245 mod 271

8: 1038=1034+4=1034⋅1034 ≡ 245⋅245=60025 ≡ 134 mod 271

16: 10316=1038+8=1038⋅1038 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 70 mod 271

32: 10332=10316+16=10316⋅10316 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 22 mod 271

64: 10364=10332+32=10332⋅10332 ≡ 22⋅22=484 ≡ 213 mod 271

128: 103128=10364+64=10364⋅10364 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 112 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 159195 mod 277.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 195 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 195 an und zerlegen 195 in eine Summer von 2er-Potenzen:

195 = 128+64+2+1

1: 1591=159

2: 1592=1591+1=1591⋅1591 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 74 mod 277

4: 1594=1592+2=1592⋅1592 ≡ 74⋅74=5476 ≡ 213 mod 277

8: 1598=1594+4=1594⋅1594 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 218 mod 277

16: 15916=1598+8=1598⋅1598 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 157 mod 277

32: 15932=15916+16=15916⋅15916 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 273 mod 277

64: 15964=15932+32=15932⋅15932 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 16 mod 277

128: 159128=15964+64=15964⋅15964 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 277

159195

= 159128+64+2+1

= 159128⋅15964⋅1592⋅1591

≡ 256 ⋅ 16 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277
≡ 4096 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277 ≡ 218 ⋅ 74 ⋅ 159 mod 277
≡ 16132 ⋅ 159 mod 277 ≡ 66 ⋅ 159 mod 277
≡ 10494 mod 277 ≡ 245 mod 277

Es gilt also: 159195 ≡ 245 mod 277

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 32.

Also bestimme x, so dass 32 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 32

=>53 = 1⋅32 + 21
=>32 = 1⋅21 + 11
=>21 = 1⋅11 + 10
=>11 = 1⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,32)=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= 11-1⋅10
10= 21-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11)
= -1⋅21 +2⋅ 11 (=1)
11= 32-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅21 +2⋅(32 -1⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅32 -2⋅ 21)
= 2⋅32 -3⋅ 21 (=1)
21= 53-1⋅32 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅32 -3⋅(53 -1⋅ 32)
= 2⋅32 -3⋅53 +3⋅ 32)
= -3⋅53 +5⋅ 32 (=1)

Es gilt also: ggt(53,32)=1 = -3⋅53 +5⋅32

oder wenn man -3⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅53 = +5⋅32

Es gilt also: 5⋅32 = 3⋅53 +1

Somit 5⋅32 = 1 mod 53

5 ist also das Inverse von 32 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.