Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (599 + 2994) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(599 + 2994) mod 6 ≡ (599 mod 6 + 2994 mod 6) mod 6.

599 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 599 = 600-1 = 6 ⋅ 100 -1 = 6 ⋅ 100 - 6 + 5.

2994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2994 = 3000-6 = 6 ⋅ 500 -6 = 6 ⋅ 500 - 6 + 0.

Somit gilt:

(599 + 2994) mod 6 ≡ (5 + 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (89 ⋅ 32) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(89 ⋅ 32) mod 4 ≡ (89 mod 4 ⋅ 32 mod 4) mod 4.

89 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 89 = 88 + 1 = 22 ⋅ 4 + 1 ist.

32 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 32 + 0 = 8 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(89 ⋅ 32) mod 4 ≡ (1 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 163128 mod 251.

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. 163 -> x
2. mod(x²,251) -> 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: 1631=163

2: 1632=1631+1=1631⋅1631 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 214 mod 251

4: 1634=1632+2=1632⋅1632 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 114 mod 251

8: 1638=1634+4=1634⋅1634 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 195 mod 251

16: 16316=1638+8=1638⋅1638 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 124 mod 251

32: 16332=16316+16=16316⋅16316 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 65 mod 251

64: 16364=16332+32=16332⋅16332 ≡ 65⋅65=4225 ≡ 209 mod 251

128: 163128=16364+64=16364⋅16364 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 7 mod 251

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 680101 mod 691.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 101 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 101 an und zerlegen 101 in eine Summer von 2er-Potenzen:

101 = 64+32+4+1

1: 6801=680

2: 6802=6801+1=6801⋅6801 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 121 mod 691

4: 6804=6802+2=6802⋅6802 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 130 mod 691

8: 6808=6804+4=6804⋅6804 ≡ 130⋅130=16900 ≡ 316 mod 691

16: 68016=6808+8=6808⋅6808 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 352 mod 691

32: 68032=68016+16=68016⋅68016 ≡ 352⋅352=123904 ≡ 215 mod 691

64: 68064=68032+32=68032⋅68032 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 619 mod 691

680101

= 68064+32+4+1

= 68064⋅68032⋅6804⋅6801

≡ 619 ⋅ 215 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691
≡ 133085 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691 ≡ 413 ⋅ 130 ⋅ 680 mod 691
≡ 53690 ⋅ 680 mod 691 ≡ 483 ⋅ 680 mod 691
≡ 328440 mod 691 ≡ 215 mod 691

Es gilt also: 680101 ≡ 215 mod 691

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 54.

Also bestimme x, so dass 54 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 54

=>83 = 1⋅54 + 29
=>54 = 1⋅29 + 25
=>29 = 1⋅25 + 4
=>25 = 6⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,54)=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= 25-6⋅4
4= 29-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅25 -6⋅(29 -1⋅ 25)
= 1⋅25 -6⋅29 +6⋅ 25)
= -6⋅29 +7⋅ 25 (=1)
25= 54-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅29 +7⋅(54 -1⋅ 29)
= -6⋅29 +7⋅54 -7⋅ 29)
= 7⋅54 -13⋅ 29 (=1)
29= 83-1⋅54 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅54 -13⋅(83 -1⋅ 54)
= 7⋅54 -13⋅83 +13⋅ 54)
= -13⋅83 +20⋅ 54 (=1)

Es gilt also: ggt(83,54)=1 = -13⋅83 +20⋅54

oder wenn man -13⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +13⋅83 = +20⋅54

Es gilt also: 20⋅54 = 13⋅83 +1

Somit 20⋅54 = 1 mod 83

20 ist also das Inverse von 54 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.