Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (181 - 174) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(181 - 174) mod 6 ≡ (181 mod 6 - 174 mod 6) mod 6.

181 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 181 = 180+1 = 6 ⋅ 30 +1.

174 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 174 = 180-6 = 6 ⋅ 30 -6 = 6 ⋅ 30 - 6 + 0.

Somit gilt:

(181 - 174) mod 6 ≡ (1 - 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 20) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 20) mod 7 ≡ (84 mod 7 ⋅ 20 mod 7) mod 7.

84 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 12 ⋅ 7 + 0 ist.

20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 20) mod 7 ≡ (0 ⋅ 6) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 13264 mod 281.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 132 -> x
2. mod(x²,281) -> 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: 1321=132

2: 1322=1321+1=1321⋅1321 ≡ 132⋅132=17424 ≡ 2 mod 281

4: 1324=1322+2=1322⋅1322 ≡ 2⋅2=4 ≡ 4 mod 281

8: 1328=1324+4=1324⋅1324 ≡ 4⋅4=16 ≡ 16 mod 281

16: 13216=1328+8=1328⋅1328 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 281

32: 13232=13216+16=13216⋅13216 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 63 mod 281

64: 13264=13232+32=13232⋅13232 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 35 mod 281

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 308123 mod 971.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 123 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 123 an und zerlegen 123 in eine Summer von 2er-Potenzen:

123 = 64+32+16+8+2+1

1: 3081=308

2: 3082=3081+1=3081⋅3081 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 677 mod 971

4: 3084=3082+2=3082⋅3082 ≡ 677⋅677=458329 ≡ 17 mod 971

8: 3088=3084+4=3084⋅3084 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 971

16: 30816=3088+8=3088⋅3088 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 15 mod 971

32: 30832=30816+16=30816⋅30816 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 971

64: 30864=30832+32=30832⋅30832 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 133 mod 971

308123

= 30864+32+16+8+2+1

= 30864⋅30832⋅30816⋅3088⋅3082⋅3081

≡ 133 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 29925 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 795 ⋅ 15 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 11925 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 273 ⋅ 289 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 78897 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971 ≡ 246 ⋅ 677 ⋅ 308 mod 971
≡ 166542 ⋅ 308 mod 971 ≡ 501 ⋅ 308 mod 971
≡ 154308 mod 971 ≡ 890 mod 971

Es gilt also: 308123 ≡ 890 mod 971

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 60.

Also bestimme x, so dass 60 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 60

=>101 = 1⋅60 + 41
=>60 = 1⋅41 + 19
=>41 = 2⋅19 + 3
=>19 = 6⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,60)=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= 19-6⋅3
3= 41-2⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -6⋅(41 -2⋅ 19)
= 1⋅19 -6⋅41 +12⋅ 19)
= -6⋅41 +13⋅ 19 (=1)
19= 60-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -6⋅41 +13⋅(60 -1⋅ 41)
= -6⋅41 +13⋅60 -13⋅ 41)
= 13⋅60 -19⋅ 41 (=1)
41= 101-1⋅60 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅60 -19⋅(101 -1⋅ 60)
= 13⋅60 -19⋅101 +19⋅ 60)
= -19⋅101 +32⋅ 60 (=1)

Es gilt also: ggt(101,60)=1 = -19⋅101 +32⋅60

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +32⋅60

Es gilt also: 32⋅60 = 19⋅101 +1

Somit 32⋅60 = 1 mod 101

32 ist also das Inverse von 60 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.