Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20994 - 13993) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20994 - 13993) mod 7 ≡ (20994 mod 7 - 13993 mod 7) mod 7.

20994 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20994 = 21000-6 = 7 ⋅ 3000 -6 = 7 ⋅ 3000 - 7 + 1.

13993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13993 = 14000-7 = 7 ⋅ 2000 -7 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 0.

Somit gilt:

(20994 - 13993) mod 7 ≡ (1 - 0) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 98) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 98) mod 4 ≡ (53 mod 4 ⋅ 98 mod 4) mod 4.

53 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 52 + 1 = 13 ⋅ 4 + 1 ist.

98 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 98 = 96 + 2 = 24 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(53 ⋅ 98) mod 4 ≡ (1 ⋅ 2) mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 214128 mod 487.

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. 214 -> x
2. mod(x²,487) -> 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: 2141=214

2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 18 mod 487

4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 487

8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 271 mod 487

16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 391 mod 487

32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 450 mod 487

64: 21464=21432+32=21432⋅21432 ≡ 450⋅450=202500 ≡ 395 mod 487

128: 214128=21464+64=21464⋅21464 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 185 mod 487

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 239121 mod 467.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 121 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 121 an und zerlegen 121 in eine Summer von 2er-Potenzen:

121 = 64+32+16+8+1

1: 2391=239

2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 147 mod 467

4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 147⋅147=21609 ≡ 127 mod 467

8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 127⋅127=16129 ≡ 251 mod 467

16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 423 mod 467

32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 68 mod 467

64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 421 mod 467

239121

= 23964+32+16+8+1

= 23964⋅23932⋅23916⋅2398⋅2391

≡ 421 ⋅ 68 ⋅ 423 ⋅ 251 ⋅ 239 mod 467
≡ 28628 ⋅ 423 ⋅ 251 ⋅ 239 mod 467 ≡ 141 ⋅ 423 ⋅ 251 ⋅ 239 mod 467
≡ 59643 ⋅ 251 ⋅ 239 mod 467 ≡ 334 ⋅ 251 ⋅ 239 mod 467
≡ 83834 ⋅ 239 mod 467 ≡ 241 ⋅ 239 mod 467
≡ 57599 mod 467 ≡ 158 mod 467

Es gilt also: 239121 ≡ 158 mod 467

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 51.

Also bestimme x, so dass 51 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 51

=>59 = 1⋅51 + 8
=>51 = 6⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,51)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 51-6⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(51 -6⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅51 -18⋅ 8)
= 3⋅51 -19⋅ 8 (=1)
8= 59-1⋅51 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅51 -19⋅(59 -1⋅ 51)
= 3⋅51 -19⋅59 +19⋅ 51)
= -19⋅59 +22⋅ 51 (=1)

Es gilt also: ggt(59,51)=1 = -19⋅59 +22⋅51

oder wenn man -19⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅59 = +22⋅51

Es gilt also: 22⋅51 = 19⋅59 +1

Somit 22⋅51 = 1 mod 59

22 ist also das Inverse von 51 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.