Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1500 - 149) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1500 - 149) mod 3 ≡ (1500 mod 3 - 149 mod 3) mod 3.

1500 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1500 = 1500+0 = 3 ⋅ 500 +0.

149 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 149 = 150-1 = 3 ⋅ 50 -1 = 3 ⋅ 50 - 3 + 2.

Somit gilt:

(1500 - 149) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 89) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 ⋅ 89) mod 11 ≡ (50 mod 11 ⋅ 89 mod 11) mod 11.

50 mod 11 ≡ 6 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 44 + 6 = 4 ⋅ 11 + 6 ist.

89 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 8 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(50 ⋅ 89) mod 11 ≡ (6 ⋅ 1) mod 11 ≡ 6 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 58132 mod 947.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 581 -> x
2. mod(x²,947) -> 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: 5811=581

2: 5812=5811+1=5811⋅5811 ≡ 581⋅581=337561 ≡ 429 mod 947

4: 5814=5812+2=5812⋅5812 ≡ 429⋅429=184041 ≡ 323 mod 947

8: 5818=5814+4=5814⋅5814 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 159 mod 947

16: 58116=5818+8=5818⋅5818 ≡ 159⋅159=25281 ≡ 659 mod 947

32: 58132=58116+16=58116⋅58116 ≡ 659⋅659=434281 ≡ 555 mod 947

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 116227 mod 367.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 227 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 227 an und zerlegen 227 in eine Summer von 2er-Potenzen:

227 = 128+64+32+2+1

1: 1161=116

2: 1162=1161+1=1161⋅1161 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 244 mod 367

4: 1164=1162+2=1162⋅1162 ≡ 244⋅244=59536 ≡ 82 mod 367

8: 1168=1164+4=1164⋅1164 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 118 mod 367

16: 11616=1168+8=1168⋅1168 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 345 mod 367

32: 11632=11616+16=11616⋅11616 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 117 mod 367

64: 11664=11632+32=11632⋅11632 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 110 mod 367

128: 116128=11664+64=11664⋅11664 ≡ 110⋅110=12100 ≡ 356 mod 367

116227

= 116128+64+32+2+1

= 116128⋅11664⋅11632⋅1162⋅1161

≡ 356 ⋅ 110 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 39160 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367 ≡ 258 ⋅ 117 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 30186 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367 ≡ 92 ⋅ 244 ⋅ 116 mod 367
≡ 22448 ⋅ 116 mod 367 ≡ 61 ⋅ 116 mod 367
≡ 7076 mod 367 ≡ 103 mod 367

Es gilt also: 116227 ≡ 103 mod 367

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 31.

Also bestimme x, so dass 31 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 31

=>101 = 3⋅31 + 8
=>31 = 3⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,31)=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= 8-1⋅7
7= 31-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(31 -3⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅31 +3⋅ 8)
= -1⋅31 +4⋅ 8 (=1)
8= 101-3⋅31 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅31 +4⋅(101 -3⋅ 31)
= -1⋅31 +4⋅101 -12⋅ 31)
= 4⋅101 -13⋅ 31 (=1)

Es gilt also: ggt(101,31)=1 = 4⋅101 -13⋅31

oder wenn man 4⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅101 = -13⋅31

-13⋅31 = -4⋅101 + 1 |+101⋅31

-13⋅31 + 101⋅31 = -4⋅101 + 101⋅31 + 1

(-13 + 101) ⋅ 31 = (-4 + 31) ⋅ 101 + 1

88⋅31 = 27⋅101 + 1

Es gilt also: 88⋅31 = 27⋅101 +1

Somit 88⋅31 = 1 mod 101

88 ist also das Inverse von 31 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.