Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (237 + 301) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(237 + 301) mod 6 ≡ (237 mod 6 + 301 mod 6) mod 6.

237 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 237 = 240-3 = 6 ⋅ 40 -3 = 6 ⋅ 40 - 6 + 3.

301 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 301 = 300+1 = 6 ⋅ 50 +1.

Somit gilt:

(237 + 301) mod 6 ≡ (3 + 1) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 76) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 76) mod 9 ≡ (38 mod 9 ⋅ 76 mod 9) mod 9.

38 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 4 ⋅ 9 + 2 ist.

76 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 76 = 72 + 4 = 8 ⋅ 9 + 4 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 76) mod 9 ≡ (2 ⋅ 4) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 228128 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. 228 -> 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: 2281=228

2: 2282=2281+1=2281⋅2281 ≡ 228⋅228=51984 ≡ 70 mod 257

4: 2284=2282+2=2282⋅2282 ≡ 70⋅70=4900 ≡ 17 mod 257

8: 2288=2284+4=2284⋅2284 ≡ 17⋅17=289 ≡ 32 mod 257

16: 22816=2288+8=2288⋅2288 ≡ 32⋅32=1024 ≡ 253 mod 257

32: 22832=22816+16=22816⋅22816 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 16 mod 257

64: 22864=22832+32=22832⋅22832 ≡ 16⋅16=256 ≡ 256 mod 257

128: 228128=22864+64=22864⋅22864 ≡ 256⋅256=65536 ≡ 1 mod 257

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 36494 mod 761.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 94 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 94 an und zerlegen 94 in eine Summer von 2er-Potenzen:

94 = 64+16+8+4+2

1: 3641=364

2: 3642=3641+1=3641⋅3641 ≡ 364⋅364=132496 ≡ 82 mod 761

4: 3644=3642+2=3642⋅3642 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 636 mod 761

8: 3648=3644+4=3644⋅3644 ≡ 636⋅636=404496 ≡ 405 mod 761

16: 36416=3648+8=3648⋅3648 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 410 mod 761

32: 36432=36416+16=36416⋅36416 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 680 mod 761

64: 36464=36432+32=36432⋅36432 ≡ 680⋅680=462400 ≡ 473 mod 761

36494

= 36464+16+8+4+2

= 36464⋅36416⋅3648⋅3644⋅3642

≡ 473 ⋅ 410 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 193930 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761 ≡ 636 ⋅ 405 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 257580 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761 ≡ 362 ⋅ 636 ⋅ 82 mod 761
≡ 230232 ⋅ 82 mod 761 ≡ 410 ⋅ 82 mod 761
≡ 33620 mod 761 ≡ 136 mod 761

Es gilt also: 36494 ≡ 136 mod 761

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 90.

Also bestimme x, so dass 90 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 90

=>97 = 1⋅90 + 7
=>90 = 12⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,90)=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= 7-1⋅6
6= 90-12⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(90 -12⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅90 +12⋅ 7)
= -1⋅90 +13⋅ 7 (=1)
7= 97-1⋅90 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅90 +13⋅(97 -1⋅ 90)
= -1⋅90 +13⋅97 -13⋅ 90)
= 13⋅97 -14⋅ 90 (=1)

Es gilt also: ggt(97,90)=1 = 13⋅97 -14⋅90

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -14⋅90

-14⋅90 = -13⋅97 + 1 |+97⋅90

-14⋅90 + 97⋅90 = -13⋅97 + 97⋅90 + 1

(-14 + 97) ⋅ 90 = (-13 + 90) ⋅ 97 + 1

83⋅90 = 77⋅97 + 1

Es gilt also: 83⋅90 = 77⋅97 +1

Somit 83⋅90 = 1 mod 97

83 ist also das Inverse von 90 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.