Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (402 + 798) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(402 + 798) mod 8 ≡ (402 mod 8 + 798 mod 8) mod 8.

402 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 402 = 400+2 = 8 ⋅ 50 +2.

798 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 798 = 800-2 = 8 ⋅ 100 -2 = 8 ⋅ 100 - 8 + 6.

Somit gilt:

(402 + 798) mod 8 ≡ (2 + 6) mod 8 ≡ 8 mod 8 ≡ 0 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 97) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 97) mod 4 ≡ (93 mod 4 ⋅ 97 mod 4) mod 4.

93 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 92 + 1 = 23 ⋅ 4 + 1 ist.

97 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 24 ⋅ 4 + 1 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 97) mod 4 ≡ (1 ⋅ 1) mod 4 ≡ 1 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 63632 mod 727.

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. 636 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 6361=636

2: 6362=6361+1=6361⋅6361 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 284 mod 727

4: 6364=6362+2=6362⋅6362 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 686 mod 727

8: 6368=6364+4=6364⋅6364 ≡ 686⋅686=470596 ≡ 227 mod 727

16: 63616=6368+8=6368⋅6368 ≡ 227⋅227=51529 ≡ 639 mod 727

32: 63632=63616+16=63616⋅63616 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 474 mod 727

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 239219 mod 547.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 219 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 219 an und zerlegen 219 in eine Summer von 2er-Potenzen:

219 = 128+64+16+8+2+1

1: 2391=239

2: 2392=2391+1=2391⋅2391 ≡ 239⋅239=57121 ≡ 233 mod 547

4: 2394=2392+2=2392⋅2392 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 136 mod 547

8: 2398=2394+4=2394⋅2394 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 445 mod 547

16: 23916=2398+8=2398⋅2398 ≡ 445⋅445=198025 ≡ 11 mod 547

32: 23932=23916+16=23916⋅23916 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 547

64: 23964=23932+32=23932⋅23932 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 419 mod 547

128: 239128=23964+64=23964⋅23964 ≡ 419⋅419=175561 ≡ 521 mod 547

239219

= 239128+64+16+8+2+1

= 239128⋅23964⋅23916⋅2398⋅2392⋅2391

≡ 521 ⋅ 419 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 218299 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547 ≡ 46 ⋅ 11 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 506 ⋅ 445 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 225170 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547 ≡ 353 ⋅ 233 ⋅ 239 mod 547
≡ 82249 ⋅ 239 mod 547 ≡ 199 ⋅ 239 mod 547
≡ 47561 mod 547 ≡ 519 mod 547

Es gilt also: 239219 ≡ 519 mod 547

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 46.

Also bestimme x, so dass 46 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 46

=>71 = 1⋅46 + 25
=>46 = 1⋅25 + 21
=>25 = 1⋅21 + 4
=>21 = 5⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,46)=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= 46-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅25 +6⋅(46 -1⋅ 25)
= -5⋅25 +6⋅46 -6⋅ 25)
= 6⋅46 -11⋅ 25 (=1)
25= 71-1⋅46 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 6⋅46 -11⋅(71 -1⋅ 46)
= 6⋅46 -11⋅71 +11⋅ 46)
= -11⋅71 +17⋅ 46 (=1)

Es gilt also: ggt(71,46)=1 = -11⋅71 +17⋅46

oder wenn man -11⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅71 = +17⋅46

Es gilt also: 17⋅46 = 11⋅71 +1

Somit 17⋅46 = 1 mod 71

17 ist also das Inverse von 46 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.