Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1603 + 19997) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1603 + 19997) mod 4 ≡ (1603 mod 4 + 19997 mod 4) mod 4.

1603 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1603 = 1600+3 = 4 ⋅ 400 +3.

19997 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19997 = 19000+997 = 4 ⋅ 4750 +997.

Somit gilt:

(1603 + 19997) mod 4 ≡ (3 + 1) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (47 ⋅ 70) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(47 ⋅ 70) mod 10 ≡ (47 mod 10 ⋅ 70 mod 10) mod 10.

47 mod 10 ≡ 7 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 47 = 40 + 7 = 4 ⋅ 10 + 7 ist.

70 mod 10 ≡ 0 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70 + 0 = 7 ⋅ 10 + 0 ist.

Somit gilt:

(47 ⋅ 70) mod 10 ≡ (7 ⋅ 0) mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 559128 mod 857.

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. 559 -> x
2. mod(x²,857) -> 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: 5591=559

2: 5592=5591+1=5591⋅5591 ≡ 559⋅559=312481 ≡ 533 mod 857

4: 5594=5592+2=5592⋅5592 ≡ 533⋅533=284089 ≡ 422 mod 857

8: 5598=5594+4=5594⋅5594 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 685 mod 857

16: 55916=5598+8=5598⋅5598 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 446 mod 857

32: 55932=55916+16=55916⋅55916 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 92 mod 857

64: 55964=55932+32=55932⋅55932 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 751 mod 857

128: 559128=55964+64=55964⋅55964 ≡ 751⋅751=564001 ≡ 95 mod 857

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 507103 mod 619.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 103 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 103 an und zerlegen 103 in eine Summer von 2er-Potenzen:

103 = 64+32+4+2+1

1: 5071=507

2: 5072=5071+1=5071⋅5071 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 164 mod 619

4: 5074=5072+2=5072⋅5072 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 279 mod 619

8: 5078=5074+4=5074⋅5074 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 466 mod 619

16: 50716=5078+8=5078⋅5078 ≡ 466⋅466=217156 ≡ 506 mod 619

32: 50732=50716+16=50716⋅50716 ≡ 506⋅506=256036 ≡ 389 mod 619

64: 50764=50732+32=50732⋅50732 ≡ 389⋅389=151321 ≡ 285 mod 619

507103

= 50764+32+4+2+1

= 50764⋅50732⋅5074⋅5072⋅5071

≡ 285 ⋅ 389 ⋅ 279 ⋅ 164 ⋅ 507 mod 619
≡ 110865 ⋅ 279 ⋅ 164 ⋅ 507 mod 619 ≡ 64 ⋅ 279 ⋅ 164 ⋅ 507 mod 619
≡ 17856 ⋅ 164 ⋅ 507 mod 619 ≡ 524 ⋅ 164 ⋅ 507 mod 619
≡ 85936 ⋅ 507 mod 619 ≡ 514 ⋅ 507 mod 619
≡ 260598 mod 619 ≡ 618 mod 619

Es gilt also: 507103 ≡ 618 mod 619

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 56.

Also bestimme x, so dass 56 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 56

=>73 = 1⋅56 + 17
=>56 = 3⋅17 + 5
=>17 = 3⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,56)=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= 5-2⋅2
2= 17-3⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(17 -3⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅17 +6⋅ 5)
= -2⋅17 +7⋅ 5 (=1)
5= 56-3⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅17 +7⋅(56 -3⋅ 17)
= -2⋅17 +7⋅56 -21⋅ 17)
= 7⋅56 -23⋅ 17 (=1)
17= 73-1⋅56 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅56 -23⋅(73 -1⋅ 56)
= 7⋅56 -23⋅73 +23⋅ 56)
= -23⋅73 +30⋅ 56 (=1)

Es gilt also: ggt(73,56)=1 = -23⋅73 +30⋅56

oder wenn man -23⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +23⋅73 = +30⋅56

Es gilt also: 30⋅56 = 23⋅73 +1

Somit 30⋅56 = 1 mod 73

30 ist also das Inverse von 56 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.