Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (119 - 3006) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(119 - 3006) mod 6 ≡ (119 mod 6 - 3006 mod 6) mod 6.

119 mod 6 ≡ 5 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119 = 120-1 = 6 ⋅ 20 -1 = 6 ⋅ 20 - 6 + 5.

3006 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3006 = 3000+6 = 6 ⋅ 500 +6.

Somit gilt:

(119 - 3006) mod 6 ≡ (5 - 0) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (28 ⋅ 59) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(28 ⋅ 59) mod 7 ≡ (28 mod 7 ⋅ 59 mod 7) mod 7.

28 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28 = 28 + 0 = 4 ⋅ 7 + 0 ist.

59 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 59 = 56 + 3 = 8 ⋅ 7 + 3 ist.

Somit gilt:

(28 ⋅ 59) mod 7 ≡ (0 ⋅ 3) mod 7 ≡ 0 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 146128 mod 271.

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. 146 -> x
2. mod(x²,271) -> 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: 1461=146

2: 1462=1461+1=1461⋅1461 ≡ 146⋅146=21316 ≡ 178 mod 271

4: 1464=1462+2=1462⋅1462 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 248 mod 271

8: 1468=1464+4=1464⋅1464 ≡ 248⋅248=61504 ≡ 258 mod 271

16: 14616=1468+8=1468⋅1468 ≡ 258⋅258=66564 ≡ 169 mod 271

32: 14632=14616+16=14616⋅14616 ≡ 169⋅169=28561 ≡ 106 mod 271

64: 14664=14632+32=14632⋅14632 ≡ 106⋅106=11236 ≡ 125 mod 271

128: 146128=14664+64=14664⋅14664 ≡ 125⋅125=15625 ≡ 178 mod 271

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 562181 mod 883.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 181 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 181 an und zerlegen 181 in eine Summer von 2er-Potenzen:

181 = 128+32+16+4+1

1: 5621=562

2: 5622=5621+1=5621⋅5621 ≡ 562⋅562=315844 ≡ 613 mod 883

4: 5624=5622+2=5622⋅5622 ≡ 613⋅613=375769 ≡ 494 mod 883

8: 5628=5624+4=5624⋅5624 ≡ 494⋅494=244036 ≡ 328 mod 883

16: 56216=5628+8=5628⋅5628 ≡ 328⋅328=107584 ≡ 741 mod 883

32: 56232=56216+16=56216⋅56216 ≡ 741⋅741=549081 ≡ 738 mod 883

64: 56264=56232+32=56232⋅56232 ≡ 738⋅738=544644 ≡ 716 mod 883

128: 562128=56264+64=56264⋅56264 ≡ 716⋅716=512656 ≡ 516 mod 883

562181

= 562128+32+16+4+1

= 562128⋅56232⋅56216⋅5624⋅5621

≡ 516 ⋅ 738 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 380808 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883 ≡ 235 ⋅ 741 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 174135 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883 ≡ 184 ⋅ 494 ⋅ 562 mod 883
≡ 90896 ⋅ 562 mod 883 ≡ 830 ⋅ 562 mod 883
≡ 466460 mod 883 ≡ 236 mod 883

Es gilt also: 562181 ≡ 236 mod 883

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27

=>89 = 3⋅27 + 8
=>27 = 3⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 27-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8)
= 3⋅27 -10⋅ 8 (=1)
8= 89-3⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27)
= -10⋅89 +33⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +33⋅27

Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1

Somit 33⋅27 = 1 mod 89

33 ist also das Inverse von 27 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.