Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1997 - 198) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1997 - 198) mod 4 ≡ (1997 mod 4 - 198 mod 4) mod 4.

1997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1997 = 1900+97 = 4 ⋅ 475 +97.

198 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 198 = 200-2 = 4 ⋅ 50 -2 = 4 ⋅ 50 - 4 + 2.

Somit gilt:

(1997 - 198) mod 4 ≡ (1 - 2) mod 4 ≡ -1 mod 4 ≡ 3 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (45 ⋅ 96) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(45 ⋅ 96) mod 9 ≡ (45 mod 9 ⋅ 96 mod 9) mod 9.

45 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 45 = 45 + 0 = 5 ⋅ 9 + 0 ist.

96 mod 9 ≡ 6 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 90 + 6 = 10 ⋅ 9 + 6 ist.

Somit gilt:

(45 ⋅ 96) mod 9 ≡ (0 ⋅ 6) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25364 mod 563.

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. 253 -> x
2. mod(x²,563) -> 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: 2531=253

2: 2532=2531+1=2531⋅2531 ≡ 253⋅253=64009 ≡ 390 mod 563

4: 2534=2532+2=2532⋅2532 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 90 mod 563

8: 2538=2534+4=2534⋅2534 ≡ 90⋅90=8100 ≡ 218 mod 563

16: 25316=2538+8=2538⋅2538 ≡ 218⋅218=47524 ≡ 232 mod 563

32: 25332=25316+16=25316⋅25316 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 339 mod 563

64: 25364=25332+32=25332⋅25332 ≡ 339⋅339=114921 ≡ 69 mod 563

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 37463 mod 907.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 63 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 63 an und zerlegen 63 in eine Summer von 2er-Potenzen:

63 = 32+16+8+4+2+1

1: 3741=374

2: 3742=3741+1=3741⋅3741 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 198 mod 907

4: 3744=3742+2=3742⋅3742 ≡ 198⋅198=39204 ≡ 203 mod 907

8: 3748=3744+4=3744⋅3744 ≡ 203⋅203=41209 ≡ 394 mod 907

16: 37416=3748+8=3748⋅3748 ≡ 394⋅394=155236 ≡ 139 mod 907

32: 37432=37416+16=37416⋅37416 ≡ 139⋅139=19321 ≡ 274 mod 907

37463

= 37432+16+8+4+2+1

= 37432⋅37416⋅3748⋅3744⋅3742⋅3741

≡ 274 ⋅ 139 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 38086 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 899 ⋅ 394 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 354206 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 476 ⋅ 203 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 96628 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907 ≡ 486 ⋅ 198 ⋅ 374 mod 907
≡ 96228 ⋅ 374 mod 907 ≡ 86 ⋅ 374 mod 907
≡ 32164 mod 907 ≡ 419 mod 907

Es gilt also: 37463 ≡ 419 mod 907

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 27

=>61 = 2⋅27 + 7
=>27 = 3⋅7 + 6
=>7 = 1⋅6 + 1
=>6 = 6⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,27)=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= 7-1⋅6
6= 27-3⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -1⋅(27 -3⋅ 7)
= 1⋅7 -1⋅27 +3⋅ 7)
= -1⋅27 +4⋅ 7 (=1)
7= 61-2⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅27 +4⋅(61 -2⋅ 27)
= -1⋅27 +4⋅61 -8⋅ 27)
= 4⋅61 -9⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(61,27)=1 = 4⋅61 -9⋅27

oder wenn man 4⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅61 = -9⋅27

-9⋅27 = -4⋅61 + 1 |+61⋅27

-9⋅27 + 61⋅27 = -4⋅61 + 61⋅27 + 1

(-9 + 61) ⋅ 27 = (-4 + 27) ⋅ 61 + 1

52⋅27 = 23⋅61 + 1

Es gilt also: 52⋅27 = 23⋅61 +1

Somit 52⋅27 = 1 mod 61

52 ist also das Inverse von 27 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.