Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32 + 2998) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32 + 2998) mod 3 ≡ (32 mod 3 + 2998 mod 3) mod 3.

32 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30+2 = 3 ⋅ 10 +2.

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

Somit gilt:

(32 + 2998) mod 3 ≡ (2 + 1) mod 3 ≡ 3 mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (41 ⋅ 95) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(41 ⋅ 95) mod 9 ≡ (41 mod 9 ⋅ 95 mod 9) mod 9.

41 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 41 = 36 + 5 = 4 ⋅ 9 + 5 ist.

95 mod 9 ≡ 5 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 10 ⋅ 9 + 5 ist.

Somit gilt:

(41 ⋅ 95) mod 9 ≡ (5 ⋅ 5) mod 9 ≡ 25 mod 9 ≡ 7 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 25032 mod 433.

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. 250 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 2501=250

2: 2502=2501+1=2501⋅2501 ≡ 250⋅250=62500 ≡ 148 mod 433

4: 2504=2502+2=2502⋅2502 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 254 mod 433

8: 2508=2504+4=2504⋅2504 ≡ 254⋅254=64516 ≡ 432 mod 433

16: 25016=2508+8=2508⋅2508 ≡ 432⋅432=186624 ≡ 1 mod 433

32: 25032=25016+16=25016⋅25016 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 433

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 180215 mod 251.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 215 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 215 an und zerlegen 215 in eine Summer von 2er-Potenzen:

215 = 128+64+16+4+2+1

1: 1801=180

2: 1802=1801+1=1801⋅1801 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 21 mod 251

4: 1804=1802+2=1802⋅1802 ≡ 21⋅21=441 ≡ 190 mod 251

8: 1808=1804+4=1804⋅1804 ≡ 190⋅190=36100 ≡ 207 mod 251

16: 18016=1808+8=1808⋅1808 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 179 mod 251

32: 18032=18016+16=18016⋅18016 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 164 mod 251

64: 18064=18032+32=18032⋅18032 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 39 mod 251

128: 180128=18064+64=18064⋅18064 ≡ 39⋅39=1521 ≡ 15 mod 251

180215

= 180128+64+16+4+2+1

= 180128⋅18064⋅18016⋅1804⋅1802⋅1801

≡ 15 ⋅ 39 ⋅ 179 ⋅ 190 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251
≡ 585 ⋅ 179 ⋅ 190 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251 ≡ 83 ⋅ 179 ⋅ 190 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251
≡ 14857 ⋅ 190 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251 ≡ 48 ⋅ 190 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251
≡ 9120 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251 ≡ 84 ⋅ 21 ⋅ 180 mod 251
≡ 1764 ⋅ 180 mod 251 ≡ 7 ⋅ 180 mod 251
≡ 1260 mod 251 ≡ 5 mod 251

Es gilt also: 180215 ≡ 5 mod 251

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 59

=>79 = 1⋅59 + 20
=>59 = 2⋅20 + 19
=>20 = 1⋅19 + 1
=>19 = 19⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,59)=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= 20-1⋅19
19= 59-2⋅20 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅20 -1⋅(59 -2⋅ 20)
= 1⋅20 -1⋅59 +2⋅ 20)
= -1⋅59 +3⋅ 20 (=1)
20= 79-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +3⋅(79 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +3⋅79 -3⋅ 59)
= 3⋅79 -4⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(79,59)=1 = 3⋅79 -4⋅59

oder wenn man 3⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅79 = -4⋅59

-4⋅59 = -3⋅79 + 1 |+79⋅59

-4⋅59 + 79⋅59 = -3⋅79 + 79⋅59 + 1

(-4 + 79) ⋅ 59 = (-3 + 59) ⋅ 79 + 1

75⋅59 = 56⋅79 + 1

Es gilt also: 75⋅59 = 56⋅79 +1

Somit 75⋅59 = 1 mod 79

75 ist also das Inverse von 59 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 67. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.