Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (5998 - 119) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(5998 - 119) mod 3 ≡ (5998 mod 3 - 119 mod 3) mod 3.

5998 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5998 = 6000-2 = 3 ⋅ 2000 -2 = 3 ⋅ 2000 - 3 + 1.

119 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 119 = 120-1 = 3 ⋅ 40 -1 = 3 ⋅ 40 - 3 + 2.

Somit gilt:

(5998 - 119) mod 3 ≡ (1 - 2) mod 3 ≡ -1 mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (53 ⋅ 45) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(53 ⋅ 45) mod 9 ≡ (53 mod 9 ⋅ 45 mod 9) mod 9.

53 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 45 + 8 = 5 ⋅ 9 + 8 ist.

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

Somit gilt:

(53 ⋅ 45) mod 9 ≡ (8 ⋅ 0) mod 9 ≡ 0 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 548128 mod 997.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 548 -> x
2. mod(x²,997) -> 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: 5481=548

2: 5482=5481+1=5481⋅5481 ≡ 548⋅548=300304 ≡ 207 mod 997

4: 5484=5482+2=5482⋅5482 ≡ 207⋅207=42849 ≡ 975 mod 997

8: 5488=5484+4=5484⋅5484 ≡ 975⋅975=950625 ≡ 484 mod 997

16: 54816=5488+8=5488⋅5488 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 958 mod 997

32: 54832=54816+16=54816⋅54816 ≡ 958⋅958=917764 ≡ 524 mod 997

64: 54864=54832+32=54832⋅54832 ≡ 524⋅524=274576 ≡ 401 mod 997

128: 548128=54864+64=54864⋅54864 ≡ 401⋅401=160801 ≡ 284 mod 997

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 340177 mod 431.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 177 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 177 an und zerlegen 177 in eine Summer von 2er-Potenzen:

177 = 128+32+16+1

1: 3401=340

2: 3402=3401+1=3401⋅3401 ≡ 340⋅340=115600 ≡ 92 mod 431

4: 3404=3402+2=3402⋅3402 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 275 mod 431

8: 3408=3404+4=3404⋅3404 ≡ 275⋅275=75625 ≡ 200 mod 431

16: 34016=3408+8=3408⋅3408 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 348 mod 431

32: 34032=34016+16=34016⋅34016 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 424 mod 431

64: 34064=34032+32=34032⋅34032 ≡ 424⋅424=179776 ≡ 49 mod 431

128: 340128=34064+64=34064⋅34064 ≡ 49⋅49=2401 ≡ 246 mod 431

340177

= 340128+32+16+1

= 340128⋅34032⋅34016⋅3401

≡ 246 ⋅ 424 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431
≡ 104304 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431 ≡ 2 ⋅ 348 ⋅ 340 mod 431
≡ 696 ⋅ 340 mod 431 ≡ 265 ⋅ 340 mod 431
≡ 90100 mod 431 ≡ 21 mod 431

Es gilt also: 340177 ≡ 21 mod 431

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 42.

Also bestimme x, so dass 42 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 42

=>53 = 1⋅42 + 11
=>42 = 3⋅11 + 9
=>11 = 1⋅9 + 2
=>9 = 4⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,42)=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= 9-4⋅2
2= 11-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -4⋅(11 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -4⋅11 +4⋅ 9)
= -4⋅11 +5⋅ 9 (=1)
9= 42-3⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅11 +5⋅(42 -3⋅ 11)
= -4⋅11 +5⋅42 -15⋅ 11)
= 5⋅42 -19⋅ 11 (=1)
11= 53-1⋅42 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅42 -19⋅(53 -1⋅ 42)
= 5⋅42 -19⋅53 +19⋅ 42)
= -19⋅53 +24⋅ 42 (=1)

Es gilt also: ggt(53,42)=1 = -19⋅53 +24⋅42

oder wenn man -19⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅53 = +24⋅42

Es gilt also: 24⋅42 = 19⋅53 +1

Somit 24⋅42 = 1 mod 53

24 ist also das Inverse von 42 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.