Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2998 + 602) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2998 + 602) mod 3 ≡ (2998 mod 3 + 602 mod 3) mod 3.

2998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2998 = 3000-2 = 3 ⋅ 1000 -2 = 3 ⋅ 1000 - 3 + 1.

602 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 602 = 600+2 = 3 ⋅ 200 +2.

Somit gilt:

(2998 + 602) mod 3 ≡ (1 + 2) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (67 ⋅ 58) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(67 ⋅ 58) mod 10 ≡ (67 mod 10 ⋅ 58 mod 10) mod 10.

67 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 67 = 60 + 7 = 6 ⋅ 10 + 7 ist.

58 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 50 + 8 = 5 ⋅ 10 + 8 ist.

Somit gilt:

(67 ⋅ 58) mod 10 ≡ (7 ⋅ 8) mod 10 ≡ 56 mod 10 ≡ 6 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34332 mod 661.

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. 343 -> x
2. mod(x²,661) -> 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: 3431=343

2: 3432=3431+1=3431⋅3431 ≡ 343⋅343=117649 ≡ 652 mod 661

4: 3434=3432+2=3432⋅3432 ≡ 652⋅652=425104 ≡ 81 mod 661

8: 3438=3434+4=3434⋅3434 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 612 mod 661

16: 34316=3438+8=3438⋅3438 ≡ 612⋅612=374544 ≡ 418 mod 661

32: 34332=34316+16=34316⋅34316 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 220 mod 661

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 936115 mod 953.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 9361=936

2: 9362=9361+1=9361⋅9361 ≡ 936⋅936=876096 ≡ 289 mod 953

4: 9364=9362+2=9362⋅9362 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 610 mod 953

8: 9368=9364+4=9364⋅9364 ≡ 610⋅610=372100 ≡ 430 mod 953

16: 93616=9368+8=9368⋅9368 ≡ 430⋅430=184900 ≡ 18 mod 953

32: 93632=93616+16=93616⋅93616 ≡ 18⋅18=324 ≡ 324 mod 953

64: 93664=93632+32=93632⋅93632 ≡ 324⋅324=104976 ≡ 146 mod 953

936115

= 93664+32+16+2+1

= 93664⋅93632⋅93616⋅9362⋅9361

≡ 146 ⋅ 324 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 47304 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953 ≡ 607 ⋅ 18 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 10926 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953 ≡ 443 ⋅ 289 ⋅ 936 mod 953
≡ 128027 ⋅ 936 mod 953 ≡ 325 ⋅ 936 mod 953
≡ 304200 mod 953 ≡ 193 mod 953

Es gilt also: 936115 ≡ 193 mod 953

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45

=>61 = 1⋅45 + 16
=>45 = 2⋅16 + 13
=>16 = 1⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3
3= 16-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13)
= -4⋅16 +5⋅ 13 (=1)
13= 45-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16)
= 5⋅45 -14⋅ 16 (=1)
16= 61-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45)
= -14⋅61 +19⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45

oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅61 = +19⋅45

Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1

Somit 19⋅45 = 1 mod 61

19 ist also das Inverse von 45 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.