Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (180 + 18003) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(180 + 18003) mod 9 ≡ (180 mod 9 + 18003 mod 9) mod 9.

180 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 180 = 180+0 = 9 ⋅ 20 +0.

18003 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18003 = 18000+3 = 9 ⋅ 2000 +3.

Somit gilt:

(180 + 18003) mod 9 ≡ (0 + 3) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 39) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40 ⋅ 39) mod 3 ≡ (40 mod 3 ⋅ 39 mod 3) mod 3.

40 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 39 + 1 = 13 ⋅ 3 + 1 ist.

39 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 39 = 39 + 0 = 13 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(40 ⋅ 39) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 316128 mod 383.

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. 316 -> x
2. mod(x²,383) -> 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: 3161=316

2: 3162=3161+1=3161⋅3161 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 276 mod 383

4: 3164=3162+2=3162⋅3162 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 342 mod 383

8: 3168=3164+4=3164⋅3164 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 149 mod 383

16: 31616=3168+8=3168⋅3168 ≡ 149⋅149=22201 ≡ 370 mod 383

32: 31632=31616+16=31616⋅31616 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 169 mod 383

64: 31664=31632+32=31632⋅31632 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 219 mod 383

128: 316128=31664+64=31664⋅31664 ≡ 219⋅219=47961 ≡ 86 mod 383

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 511197 mod 967.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 197 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 197 an und zerlegen 197 in eine Summer von 2er-Potenzen:

197 = 128+64+4+1

1: 5111=511

2: 5112=5111+1=5111⋅5111 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 31 mod 967

4: 5114=5112+2=5112⋅5112 ≡ 31⋅31=961 ≡ 961 mod 967

8: 5118=5114+4=5114⋅5114 ≡ 961⋅961=923521 ≡ 36 mod 967

16: 51116=5118+8=5118⋅5118 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 329 mod 967

32: 51132=51116+16=51116⋅51116 ≡ 329⋅329=108241 ≡ 904 mod 967

64: 51164=51132+32=51132⋅51132 ≡ 904⋅904=817216 ≡ 101 mod 967

128: 511128=51164+64=51164⋅51164 ≡ 101⋅101=10201 ≡ 531 mod 967

511197

= 511128+64+4+1

= 511128⋅51164⋅5114⋅5111

≡ 531 ⋅ 101 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967
≡ 53631 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967 ≡ 446 ⋅ 961 ⋅ 511 mod 967
≡ 428606 ⋅ 511 mod 967 ≡ 225 ⋅ 511 mod 967
≡ 114975 mod 967 ≡ 869 mod 967

Es gilt also: 511197 ≡ 869 mod 967

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 25

=>71 = 2⋅25 + 21
=>25 = 1⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,25)=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= 21-5⋅4
4= 25-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -5⋅(25 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -5⋅25 +5⋅ 21)
= -5⋅25 +6⋅ 21 (=1)
21= 71-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅25 +6⋅(71 -2⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅71 -12⋅ 25)
= 6⋅71 -17⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(71,25)=1 = 6⋅71 -17⋅25

oder wenn man 6⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -6⋅71 = -17⋅25

-17⋅25 = -6⋅71 + 1 |+71⋅25

-17⋅25 + 71⋅25 = -6⋅71 + 71⋅25 + 1

(-17 + 71) ⋅ 25 = (-6 + 25) ⋅ 71 + 1

54⋅25 = 19⋅71 + 1

Es gilt also: 54⋅25 = 19⋅71 +1

Somit 54⋅25 = 1 mod 71

54 ist also das Inverse von 25 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.