Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (397 - 24003) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(397 - 24003) mod 8 ≡ (397 mod 8 - 24003 mod 8) mod 8.

397 mod 8 ≡ 5 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 397 = 400-3 = 8 ⋅ 50 -3 = 8 ⋅ 50 - 8 + 5.

24003 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24003 = 24000+3 = 8 ⋅ 3000 +3.

Somit gilt:

(397 - 24003) mod 8 ≡ (5 - 3) mod 8 ≡ 2 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 37) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 37) mod 9 ≡ (84 mod 9 ⋅ 37 mod 9) mod 9.

84 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 81 + 3 = 9 ⋅ 9 + 3 ist.

37 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 36 + 1 = 4 ⋅ 9 + 1 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 37) mod 9 ≡ (3 ⋅ 1) mod 9 ≡ 3 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29316 mod 877.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 293 -> x
2. mod(x²,877) -> 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: 2931=293

2: 2932=2931+1=2931⋅2931 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 780 mod 877

4: 2934=2932+2=2932⋅2932 ≡ 780⋅780=608400 ≡ 639 mod 877

8: 2938=2934+4=2934⋅2934 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 516 mod 877

16: 29316=2938+8=2938⋅2938 ≡ 516⋅516=266256 ≡ 525 mod 877

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 532186 mod 761.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 186 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 186 an und zerlegen 186 in eine Summer von 2er-Potenzen:

186 = 128+32+16+8+2

1: 5321=532

2: 5322=5321+1=5321⋅5321 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 693 mod 761

4: 5324=5322+2=5322⋅5322 ≡ 693⋅693=480249 ≡ 58 mod 761

8: 5328=5324+4=5324⋅5324 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 320 mod 761

16: 53216=5328+8=5328⋅5328 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 426 mod 761

32: 53232=53216+16=53216⋅53216 ≡ 426⋅426=181476 ≡ 358 mod 761

64: 53264=53232+32=53232⋅53232 ≡ 358⋅358=128164 ≡ 316 mod 761

128: 532128=53264+64=53264⋅53264 ≡ 316⋅316=99856 ≡ 165 mod 761

532186

= 532128+32+16+8+2

= 532128⋅53232⋅53216⋅5328⋅5322

≡ 165 ⋅ 358 ⋅ 426 ⋅ 320 ⋅ 693 mod 761
≡ 59070 ⋅ 426 ⋅ 320 ⋅ 693 mod 761 ≡ 473 ⋅ 426 ⋅ 320 ⋅ 693 mod 761
≡ 201498 ⋅ 320 ⋅ 693 mod 761 ≡ 594 ⋅ 320 ⋅ 693 mod 761
≡ 190080 ⋅ 693 mod 761 ≡ 591 ⋅ 693 mod 761
≡ 409563 mod 761 ≡ 145 mod 761

Es gilt also: 532186 ≡ 145 mod 761

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 41

=>79 = 1⋅41 + 38
=>41 = 1⋅38 + 3
=>38 = 12⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,41)=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= 3-1⋅2
2= 38-12⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(38 -12⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅38 +12⋅ 3)
= -1⋅38 +13⋅ 3 (=1)
3= 41-1⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅38 +13⋅(41 -1⋅ 38)
= -1⋅38 +13⋅41 -13⋅ 38)
= 13⋅41 -14⋅ 38 (=1)
38= 79-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 13⋅41 -14⋅(79 -1⋅ 41)
= 13⋅41 -14⋅79 +14⋅ 41)
= -14⋅79 +27⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(79,41)=1 = -14⋅79 +27⋅41

oder wenn man -14⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅79 = +27⋅41

Es gilt also: 27⋅41 = 14⋅79 +1

Somit 27⋅41 = 1 mod 79

27 ist also das Inverse von 41 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.