Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (3604 + 3605) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(3604 + 3605) mod 9 ≡ (3604 mod 9 + 3605 mod 9) mod 9.

3604 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3604 = 3600+4 = 9 ⋅ 400 +4.

3605 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3605 = 3600+5 = 9 ⋅ 400 +5.

Somit gilt:

(3604 + 3605) mod 9 ≡ (4 + 5) mod 9 ≡ 9 mod 9 ≡ 0 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (37 ⋅ 30) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(37 ⋅ 30) mod 6 ≡ (37 mod 6 ⋅ 30 mod 6) mod 6.

37 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 6 ⋅ 6 + 1 ist.

30 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 30 = 30 + 0 = 5 ⋅ 6 + 0 ist.

Somit gilt:

(37 ⋅ 30) mod 6 ≡ (1 ⋅ 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 21532 mod 419.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 215 -> x
2. mod(x²,419) -> 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: 2151=215

2: 2152=2151+1=2151⋅2151 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 135 mod 419

4: 2154=2152+2=2152⋅2152 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 208 mod 419

8: 2158=2154+4=2154⋅2154 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 107 mod 419

16: 21516=2158+8=2158⋅2158 ≡ 107⋅107=11449 ≡ 136 mod 419

32: 21532=21516+16=21516⋅21516 ≡ 136⋅136=18496 ≡ 60 mod 419

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 153237 mod 457.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 237 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 237 an und zerlegen 237 in eine Summer von 2er-Potenzen:

237 = 128+64+32+8+4+1

1: 1531=153

2: 1532=1531+1=1531⋅1531 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 102 mod 457

4: 1534=1532+2=1532⋅1532 ≡ 102⋅102=10404 ≡ 350 mod 457

8: 1538=1534+4=1534⋅1534 ≡ 350⋅350=122500 ≡ 24 mod 457

16: 15316=1538+8=1538⋅1538 ≡ 24⋅24=576 ≡ 119 mod 457

32: 15332=15316+16=15316⋅15316 ≡ 119⋅119=14161 ≡ 451 mod 457

64: 15364=15332+32=15332⋅15332 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 36 mod 457

128: 153128=15364+64=15364⋅15364 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 382 mod 457

153237

= 153128+64+32+8+4+1

= 153128⋅15364⋅15332⋅1538⋅1534⋅1531

≡ 382 ⋅ 36 ⋅ 451 ⋅ 24 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457
≡ 13752 ⋅ 451 ⋅ 24 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457 ≡ 42 ⋅ 451 ⋅ 24 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457
≡ 18942 ⋅ 24 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457 ≡ 205 ⋅ 24 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457
≡ 4920 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457 ≡ 350 ⋅ 350 ⋅ 153 mod 457
≡ 122500 ⋅ 153 mod 457 ≡ 24 ⋅ 153 mod 457
≡ 3672 mod 457 ≡ 16 mod 457

Es gilt also: 153237 ≡ 16 mod 457

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 74.

Also bestimme x, so dass 74 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 74

=>79 = 1⋅74 + 5
=>74 = 14⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,74)=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= 5-1⋅4
4= 74-14⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(74 -14⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅74 +14⋅ 5)
= -1⋅74 +15⋅ 5 (=1)
5= 79-1⋅74 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅74 +15⋅(79 -1⋅ 74)
= -1⋅74 +15⋅79 -15⋅ 74)
= 15⋅79 -16⋅ 74 (=1)

Es gilt also: ggt(79,74)=1 = 15⋅79 -16⋅74

oder wenn man 15⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅79 = -16⋅74

-16⋅74 = -15⋅79 + 1 |+79⋅74

-16⋅74 + 79⋅74 = -15⋅79 + 79⋅74 + 1

(-16 + 79) ⋅ 74 = (-15 + 74) ⋅ 79 + 1

63⋅74 = 59⋅79 + 1

Es gilt also: 63⋅74 = 59⋅79 +1

Somit 63⋅74 = 1 mod 79

63 ist also das Inverse von 74 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.