Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3503 - 7000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3503 - 7000) mod 7 ≡ (3503 mod 7 - 7000 mod 7) mod 7.

3503 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3503 = 3500+3 = 7 ⋅ 500 +3.

7000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7000 = 7000+0 = 7 ⋅ 1000 +0.

Somit gilt:

(3503 - 7000) mod 7 ≡ (3 - 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 22) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 22) mod 9 ≡ (93 mod 9 ⋅ 22 mod 9) mod 9.

93 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 90 + 3 = 10 ⋅ 9 + 3 ist.

22 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 22 = 18 + 4 = 2 ⋅ 9 + 4 ist.

Somit gilt:

(93 ⋅ 22) mod 9 ≡ (3 ⋅ 4) mod 9 ≡ 12 mod 9 ≡ 3 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 190128 mod 257.

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. 190 -> x
2. mod(x²,257) -> 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: 1901=190

2: 1902=1901+1=1901⋅1901 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 120 mod 257

4: 1904=1902+2=1902⋅1902 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 8 mod 257

8: 1908=1904+4=1904⋅1904 ≡ 8⋅8=64 ≡ 64 mod 257

16: 19016=1908+8=1908⋅1908 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 241 mod 257

32: 19032=19016+16=19016⋅19016 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257

64: 19064=19032+32=19032⋅19032 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257

128: 190128=19064+64=19064⋅19064 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 231141 mod 419.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 141 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 141 an und zerlegen 141 in eine Summer von 2er-Potenzen:

141 = 128+8+4+1

1: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 148 mod 419

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 116 mod 419

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 48 mod 419

16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 209 mod 419

32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 105 mod 419

64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 105⋅105=11025 ≡ 131 mod 419

128: 231128=23164+64=23164⋅23164 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 401 mod 419

231141

= 231128+8+4+1

= 231128⋅2318⋅2314⋅2311

≡ 401 ⋅ 48 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419
≡ 19248 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419 ≡ 393 ⋅ 116 ⋅ 231 mod 419
≡ 45588 ⋅ 231 mod 419 ≡ 336 ⋅ 231 mod 419
≡ 77616 mod 419 ≡ 101 mod 419

Es gilt also: 231141 ≡ 101 mod 419

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 35

=>53 = 1⋅35 + 18
=>35 = 1⋅18 + 17
=>18 = 1⋅17 + 1
=>17 = 17⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,35)=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= 18-1⋅17
17= 35-1⋅18 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅18 -1⋅(35 -1⋅ 18)
= 1⋅18 -1⋅35 +1⋅ 18)
= -1⋅35 +2⋅ 18 (=1)
18= 53-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅35 +2⋅(53 -1⋅ 35)
= -1⋅35 +2⋅53 -2⋅ 35)
= 2⋅53 -3⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(53,35)=1 = 2⋅53 -3⋅35

oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅53 = -3⋅35

-3⋅35 = -2⋅53 + 1 |+53⋅35

-3⋅35 + 53⋅35 = -2⋅53 + 53⋅35 + 1

(-3 + 53) ⋅ 35 = (-2 + 35) ⋅ 53 + 1

50⋅35 = 33⋅53 + 1

Es gilt also: 50⋅35 = 33⋅53 +1

Somit 50⋅35 = 1 mod 53

50 ist also das Inverse von 35 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.