Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13998 + 2097) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13998 + 2097) mod 7 ≡ (13998 mod 7 + 2097 mod 7) mod 7.

13998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13998 = 14000-2 = 7 ⋅ 2000 -2 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 5.

2097 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2097 = 2100-3 = 7 ⋅ 300 -3 = 7 ⋅ 300 - 7 + 4.

Somit gilt:

(13998 + 2097) mod 7 ≡ (5 + 4) mod 7 ≡ 9 mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (50 ⋅ 26) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(50 ⋅ 26) mod 6 ≡ (50 mod 6 ⋅ 26 mod 6) mod 6.

50 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 48 + 2 = 8 ⋅ 6 + 2 ist.

26 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26 = 24 + 2 = 4 ⋅ 6 + 2 ist.

Somit gilt:

(50 ⋅ 26) mod 6 ≡ (2 ⋅ 2) mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 458128 mod 613.

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. 458 -> x
2. mod(x²,613) -> 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: 4581=458

2: 4582=4581+1=4581⋅4581 ≡ 458⋅458=209764 ≡ 118 mod 613

4: 4584=4582+2=4582⋅4582 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 438 mod 613

8: 4588=4584+4=4584⋅4584 ≡ 438⋅438=191844 ≡ 588 mod 613

16: 45816=4588+8=4588⋅4588 ≡ 588⋅588=345744 ≡ 12 mod 613

32: 45832=45816+16=45816⋅45816 ≡ 12⋅12=144 ≡ 144 mod 613

64: 45864=45832+32=45832⋅45832 ≡ 144⋅144=20736 ≡ 507 mod 613

128: 458128=45864+64=45864⋅45864 ≡ 507⋅507=257049 ≡ 202 mod 613

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 212165 mod 359.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 165 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 165 an und zerlegen 165 in eine Summer von 2er-Potenzen:

165 = 128+32+4+1

1: 2121=212

2: 2122=2121+1=2121⋅2121 ≡ 212⋅212=44944 ≡ 69 mod 359

4: 2124=2122+2=2122⋅2122 ≡ 69⋅69=4761 ≡ 94 mod 359

8: 2128=2124+4=2124⋅2124 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 220 mod 359

16: 21216=2128+8=2128⋅2128 ≡ 220⋅220=48400 ≡ 294 mod 359

32: 21232=21216+16=21216⋅21216 ≡ 294⋅294=86436 ≡ 276 mod 359

64: 21264=21232+32=21232⋅21232 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 68 mod 359

128: 212128=21264+64=21264⋅21264 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 316 mod 359

212165

= 212128+32+4+1

= 212128⋅21232⋅2124⋅2121

316 ⋅ 276 ⋅ 94 ⋅ 212 mod 359
87216 ⋅ 94 ⋅ 212 mod 359 ≡ 338 ⋅ 94 ⋅ 212 mod 359
31772 ⋅ 212 mod 359 ≡ 180 ⋅ 212 mod 359
38160 mod 359 ≡ 106 mod 359

Es gilt also: 212165 ≡ 106 mod 359

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 43

=>73 = 1⋅43 + 30
=>43 = 1⋅30 + 13
=>30 = 2⋅13 + 4
=>13 = 3⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,43)=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= 13-3⋅4
4= 30-2⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -3⋅(30 -2⋅ 13)
= 1⋅13 -3⋅30 +6⋅ 13)
= -3⋅30 +7⋅ 13 (=1)
13= 43-1⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +7⋅(43 -1⋅ 30)
= -3⋅30 +7⋅43 -7⋅ 30)
= 7⋅43 -10⋅ 30 (=1)
30= 73-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 7⋅43 -10⋅(73 -1⋅ 43)
= 7⋅43 -10⋅73 +10⋅ 43)
= -10⋅73 +17⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(73,43)=1 = -10⋅73 +17⋅43

oder wenn man -10⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅73 = +17⋅43

Es gilt also: 17⋅43 = 10⋅73 +1

Somit 17⋅43 = 1 mod 73

17 ist also das Inverse von 43 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.