Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (12003 + 119) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(12003 + 119) mod 6 ≡ (12003 mod 6 + 119 mod 6) mod 6.

12003 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 12003 = 12000+3 = 6 ⋅ 2000 +3.

119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119 = 120-1 = 6 ⋅ 20 -1 = 6 ⋅ 20 - 6 + 5.

Somit gilt:

(12003 + 119) mod 6 ≡ (3 + 5) mod 6 ≡ 8 mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 53) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 53) mod 6 ≡ (74 mod 6 ⋅ 53 mod 6) mod 6.

74 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 72 + 2 = 12 ⋅ 6 + 2 ist.

53 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 48 + 5 = 8 ⋅ 6 + 5 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 53) mod 6 ≡ (2 ⋅ 5) mod 6 ≡ 10 mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 534128 mod 547.

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. 534 -> x
2. mod(x²,547) -> 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: 5341=534

2: 5342=5341+1=5341⋅5341 ≡ 534⋅534=285156 ≡ 169 mod 547

4: 5344=5342+2=5342⋅5342 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 117 mod 547

8: 5348=5344+4=5344⋅5344 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 14 mod 547

16: 53416=5348+8=5348⋅5348 ≡ 14⋅14=196 ≡ 196 mod 547

32: 53432=53416+16=53416⋅53416 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 126 mod 547

64: 53464=53432+32=53432⋅53432 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 13 mod 547

128: 534128=53464+64=53464⋅53464 ≡ 13⋅13=169 ≡ 169 mod 547

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 135166 mod 311.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 166 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 166 an und zerlegen 166 in eine Summer von 2er-Potenzen:

166 = 128+32+4+2

1: 1351=135

2: 1352=1351+1=1351⋅1351 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 187 mod 311

4: 1354=1352+2=1352⋅1352 ≡ 187⋅187=34969 ≡ 137 mod 311

8: 1358=1354+4=1354⋅1354 ≡ 137⋅137=18769 ≡ 109 mod 311

16: 13516=1358+8=1358⋅1358 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 63 mod 311

32: 13532=13516+16=13516⋅13516 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 237 mod 311

64: 13564=13532+32=13532⋅13532 ≡ 237⋅237=56169 ≡ 189 mod 311

128: 135128=13564+64=13564⋅13564 ≡ 189⋅189=35721 ≡ 267 mod 311

135166

= 135128+32+4+2

= 135128⋅13532⋅1354⋅1352

≡ 267 ⋅ 237 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311
≡ 63279 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311 ≡ 146 ⋅ 137 ⋅ 187 mod 311
≡ 20002 ⋅ 187 mod 311 ≡ 98 ⋅ 187 mod 311
≡ 18326 mod 311 ≡ 288 mod 311

Es gilt also: 135166 ≡ 288 mod 311

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 52

=>97 = 1⋅52 + 45
=>52 = 1⋅45 + 7
=>45 = 6⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,52)=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= 7-2⋅3
3= 45-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(45 -6⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅45 +12⋅ 7)
= -2⋅45 +13⋅ 7 (=1)
7= 52-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(52 -1⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅52 -13⋅ 45)
= 13⋅52 -15⋅ 45 (=1)
45= 97-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅52 -15⋅(97 -1⋅ 52)
= 13⋅52 -15⋅97 +15⋅ 52)
= -15⋅97 +28⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(97,52)=1 = -15⋅97 +28⋅52

oder wenn man -15⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 +15⋅97 = +28⋅52

Es gilt also: 28⋅52 = 15⋅97 +1

Somit 28⋅52 = 1 mod 97

28 ist also das Inverse von 52 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.