Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (4001 + 16006) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(4001 + 16006) mod 8 ≡ (4001 mod 8 + 16006 mod 8) mod 8.

4001 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 4001 = 4000+1 = 8 ⋅ 500 +1.

16006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 16006 = 16000+6 = 8 ⋅ 2000 +6.

Somit gilt:

(4001 + 16006) mod 8 ≡ (1 + 6) mod 8 ≡ 7 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (59 ⋅ 34) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(59 ⋅ 34) mod 11 ≡ (59 mod 11 ⋅ 34 mod 11) mod 11.

59 mod 11 ≡ 4 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 55 + 4 = 5 ⋅ 11 + 4 ist.

34 mod 11 ≡ 1 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 3 ⋅ 11 + 1 ist.

Somit gilt:

(59 ⋅ 34) mod 11 ≡ (4 ⋅ 1) mod 11 ≡ 4 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 58432 mod 811.

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. 584 -> x
2. mod(x²,811) -> 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: 5841=584

2: 5842=5841+1=5841⋅5841 ≡ 584⋅584=341056 ≡ 436 mod 811

4: 5844=5842+2=5842⋅5842 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 322 mod 811

8: 5848=5844+4=5844⋅5844 ≡ 322⋅322=103684 ≡ 687 mod 811

16: 58416=5848+8=5848⋅5848 ≡ 687⋅687=471969 ≡ 778 mod 811

32: 58432=58416+16=58416⋅58416 ≡ 778⋅778=605284 ≡ 278 mod 811

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 693214 mod 733.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:

214 = 128+64+16+4+2

1: 6931=693

2: 6932=6931+1=6931⋅6931 ≡ 693⋅693=480249 ≡ 134 mod 733

4: 6934=6932+2=6932⋅6932 ≡ 134⋅134=17956 ≡ 364 mod 733

8: 6938=6934+4=6934⋅6934 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 556 mod 733

16: 69316=6938+8=6938⋅6938 ≡ 556⋅556=309136 ≡ 543 mod 733

32: 69332=69316+16=69316⋅69316 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 183 mod 733

64: 69364=69332+32=69332⋅69332 ≡ 183⋅183=33489 ≡ 504 mod 733

128: 693128=69364+64=69364⋅69364 ≡ 504⋅504=254016 ≡ 398 mod 733

693214

= 693128+64+16+4+2

= 693128⋅69364⋅69316⋅6934⋅6932

≡ 398 ⋅ 504 ⋅ 543 ⋅ 364 ⋅ 134 mod 733
≡ 200592 ⋅ 543 ⋅ 364 ⋅ 134 mod 733 ≡ 483 ⋅ 543 ⋅ 364 ⋅ 134 mod 733
≡ 262269 ⋅ 364 ⋅ 134 mod 733 ≡ 588 ⋅ 364 ⋅ 134 mod 733
≡ 214032 ⋅ 134 mod 733 ≡ 729 ⋅ 134 mod 733
≡ 97686 mod 733 ≡ 197 mod 733

Es gilt also: 693214 ≡ 197 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 25

=>67 = 2⋅25 + 17
=>25 = 1⋅17 + 8
=>17 = 2⋅8 + 1
=>8 = 8⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,25)=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= 17-2⋅8
8= 25-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -2⋅(25 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -2⋅25 +2⋅ 17)
= -2⋅25 +3⋅ 17 (=1)
17= 67-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅25 +3⋅(67 -2⋅ 25)
= -2⋅25 +3⋅67 -6⋅ 25)
= 3⋅67 -8⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(67,25)=1 = 3⋅67 -8⋅25

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -8⋅25

-8⋅25 = -3⋅67 + 1 |+67⋅25

-8⋅25 + 67⋅25 = -3⋅67 + 67⋅25 + 1

(-8 + 67) ⋅ 25 = (-3 + 25) ⋅ 67 + 1

59⋅25 = 22⋅67 + 1

Es gilt also: 59⋅25 = 22⋅67 +1

Somit 59⋅25 = 1 mod 67

59 ist also das Inverse von 25 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.