Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (601 + 6004) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(601 + 6004) mod 6 ≡ (601 mod 6 + 6004 mod 6) mod 6.

601 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 601 = 600+1 = 6 ⋅ 100 +1.

6004 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 6004 = 6000+4 = 6 ⋅ 1000 +4.

Somit gilt:

(601 + 6004) mod 6 ≡ (1 + 4) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 29) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 29) mod 5 ≡ (18 mod 5 ⋅ 29 mod 5) mod 5.

18 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 15 + 3 = 3 ⋅ 5 + 3 ist.

29 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29 = 25 + 4 = 5 ⋅ 5 + 4 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 29) mod 5 ≡ (3 ⋅ 4) mod 5 ≡ 12 mod 5 ≡ 2 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 2688 mod 463.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 268 -> x
2. mod(x²,463) -> 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: 2681=268

2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 59 mod 463

4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 59⋅59=3481 ≡ 240 mod 463

8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 188 mod 463

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 612191 mod 811.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 191 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 191 an und zerlegen 191 in eine Summer von 2er-Potenzen:

191 = 128+32+16+8+4+2+1

1: 6121=612

2: 6122=6121+1=6121⋅6121 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 673 mod 811

4: 6124=6122+2=6122⋅6122 ≡ 673⋅673=452929 ≡ 391 mod 811

8: 6128=6124+4=6124⋅6124 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 413 mod 811

16: 61216=6128+8=6128⋅6128 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 259 mod 811

32: 61232=61216+16=61216⋅61216 ≡ 259⋅259=67081 ≡ 579 mod 811

64: 61264=61232+32=61232⋅61232 ≡ 579⋅579=335241 ≡ 298 mod 811

128: 612128=61264+64=61264⋅61264 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 405 mod 811

612191

= 612128+32+16+8+4+2+1

= 612128⋅61232⋅61216⋅6128⋅6124⋅6122⋅6121

≡ 405 ⋅ 579 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 234495 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 116 ⋅ 259 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 30044 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 37 ⋅ 413 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 15281 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 683 ⋅ 391 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 267053 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811 ≡ 234 ⋅ 673 ⋅ 612 mod 811
≡ 157482 ⋅ 612 mod 811 ≡ 148 ⋅ 612 mod 811
≡ 90576 mod 811 ≡ 555 mod 811

Es gilt also: 612191 ≡ 555 mod 811

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 47

=>101 = 2⋅47 + 7
=>47 = 6⋅7 + 5
=>7 = 1⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,47)=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= 5-2⋅2
2= 7-1⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(7 -1⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅7 +2⋅ 5)
= -2⋅7 +3⋅ 5 (=1)
5= 47-6⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅7 +3⋅(47 -6⋅ 7)
= -2⋅7 +3⋅47 -18⋅ 7)
= 3⋅47 -20⋅ 7 (=1)
7= 101-2⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅47 -20⋅(101 -2⋅ 47)
= 3⋅47 -20⋅101 +40⋅ 47)
= -20⋅101 +43⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(101,47)=1 = -20⋅101 +43⋅47

oder wenn man -20⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +20⋅101 = +43⋅47

Es gilt also: 43⋅47 = 20⋅101 +1

Somit 43⋅47 = 1 mod 101

43 ist also das Inverse von 47 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.