Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (300 - 24000) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(300 - 24000) mod 6 ≡ (300 mod 6 - 24000 mod 6) mod 6.

300 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 300 = 300+0 = 6 ⋅ 50 +0.

24000 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24000 = 24000+0 = 6 ⋅ 4000 +0.

Somit gilt:

(300 - 24000) mod 6 ≡ (0 - 0) mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 58) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 58) mod 8 ≡ (73 mod 8 ⋅ 58 mod 8) mod 8.

73 mod 8 ≡ 1 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 72 + 1 = 9 ⋅ 8 + 1 ist.

58 mod 8 ≡ 2 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 56 + 2 = 7 ⋅ 8 + 2 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 58) mod 8 ≡ (1 ⋅ 2) mod 8 ≡ 2 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49064 mod 491.

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. 490 -> x
2. mod(x²,491) -> 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: 4901=490

2: 4902=4901+1=4901⋅4901 ≡ 490⋅490=240100 ≡ 1 mod 491

4: 4904=4902+2=4902⋅4902 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491

8: 4908=4904+4=4904⋅4904 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491

16: 49016=4908+8=4908⋅4908 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491

32: 49032=49016+16=49016⋅49016 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491

64: 49064=49032+32=49032⋅49032 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 491

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 455203 mod 673.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 203 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 203 an und zerlegen 203 in eine Summer von 2er-Potenzen:

203 = 128+64+8+2+1

1: 4551=455

2: 4552=4551+1=4551⋅4551 ≡ 455⋅455=207025 ≡ 414 mod 673

4: 4554=4552+2=4552⋅4552 ≡ 414⋅414=171396 ≡ 454 mod 673

8: 4558=4554+4=4554⋅4554 ≡ 454⋅454=206116 ≡ 178 mod 673

16: 45516=4558+8=4558⋅4558 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 53 mod 673

32: 45532=45516+16=45516⋅45516 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 117 mod 673

64: 45564=45532+32=45532⋅45532 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 229 mod 673

128: 455128=45564+64=45564⋅45564 ≡ 229⋅229=52441 ≡ 620 mod 673

455203

= 455128+64+8+2+1

= 455128⋅45564⋅4558⋅4552⋅4551

≡ 620 ⋅ 229 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 141980 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673 ≡ 650 ⋅ 178 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 115700 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673 ≡ 617 ⋅ 414 ⋅ 455 mod 673
≡ 255438 ⋅ 455 mod 673 ≡ 371 ⋅ 455 mod 673
≡ 168805 mod 673 ≡ 555 mod 673

Es gilt also: 455203 ≡ 555 mod 673

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 52

=>59 = 1⋅52 + 7
=>52 = 7⋅7 + 3
=>7 = 2⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,52)=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= 7-2⋅3
3= 52-7⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -2⋅(52 -7⋅ 7)
= 1⋅7 -2⋅52 +14⋅ 7)
= -2⋅52 +15⋅ 7 (=1)
7= 59-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅52 +15⋅(59 -1⋅ 52)
= -2⋅52 +15⋅59 -15⋅ 52)
= 15⋅59 -17⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(59,52)=1 = 15⋅59 -17⋅52

oder wenn man 15⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -15⋅59 = -17⋅52

-17⋅52 = -15⋅59 + 1 |+59⋅52

-17⋅52 + 59⋅52 = -15⋅59 + 59⋅52 + 1

(-17 + 59) ⋅ 52 = (-15 + 52) ⋅ 59 + 1

42⋅52 = 37⋅59 + 1

Es gilt also: 42⋅52 = 37⋅59 +1

Somit 42⋅52 = 1 mod 59

42 ist also das Inverse von 52 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.