Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (62 - 9001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(62 - 9001) mod 3 ≡ (62 mod 3 - 9001 mod 3) mod 3.

62 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60+2 = 3 ⋅ 20 +2.

9001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9001 = 9000+1 = 3 ⋅ 3000 +1.

Somit gilt:

(62 - 9001) mod 3 ≡ (2 - 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (69 ⋅ 18) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(69 ⋅ 18) mod 6 ≡ (69 mod 6 ⋅ 18 mod 6) mod 6.

69 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 11 ⋅ 6 + 3 ist.

18 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 18 + 0 = 3 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(69 ⋅ 18) mod 6 ≡ (3 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 97616 mod 991.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 976 -> x
2. mod(x²,991) -> 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: 9761=976

2: 9762=9761+1=9761⋅9761 ≡ 976⋅976=952576 ≡ 225 mod 991

4: 9764=9762+2=9762⋅9762 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 84 mod 991

8: 9768=9764+4=9764⋅9764 ≡ 84⋅84=7056 ≡ 119 mod 991

16: 97616=9768+8=9768⋅9768 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 287 mod 991

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 116245 mod 283.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 1161=116

2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 155 mod 283

4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 253 mod 283

8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 51 mod 283

16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 54 mod 283

32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 86 mod 283

64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 38 mod 283

128: 116128=11664+64=11664⋅11664 ≡ 38⋅38=1444 ≡ 29 mod 283

116245

= 116128+64+32+16+4+1

= 116128⋅11664⋅11632⋅11616⋅1164⋅1161

≡ 29 ⋅ 38 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 1102 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 253 ⋅ 86 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 21758 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 250 ⋅ 54 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 13500 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283 ≡ 199 ⋅ 253 ⋅ 116 mod 283
≡ 50347 ⋅ 116 mod 283 ≡ 256 ⋅ 116 mod 283
≡ 29696 mod 283 ≡ 264 mod 283

Es gilt also: 116245 ≡ 264 mod 283

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 45

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

also gilt: ggt(97,45)=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= 97-2⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅45 +13⋅(97 -2⋅ 45)
= -2⋅45 +13⋅97 -26⋅ 45)
= 13⋅97 -28⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(97,45)=1 = 13⋅97 -28⋅45

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -28⋅45

-28⋅45 = -13⋅97 + 1 |+97⋅45

-28⋅45 + 97⋅45 = -13⋅97 + 97⋅45 + 1

(-28 + 97) ⋅ 45 = (-13 + 45) ⋅ 97 + 1

69⋅45 = 32⋅97 + 1

Es gilt also: 69⋅45 = 32⋅97 +1

Somit 69⋅45 = 1 mod 97

69 ist also das Inverse von 45 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.