Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 + 3001) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 + 3001) mod 3 ≡ (60 mod 3 + 3001 mod 3) mod 3.

60 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60+0 = 3 ⋅ 20 +0.

3001 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3001 = 3000+1 = 3 ⋅ 1000 +1.

Somit gilt:

(60 + 3001) mod 3 ≡ (0 + 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20 ⋅ 58) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20 ⋅ 58) mod 3 ≡ (20 mod 3 ⋅ 58 mod 3) mod 3.

20 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 18 + 2 = 6 ⋅ 3 + 2 ist.

58 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 57 + 1 = 19 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(20 ⋅ 58) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 22416 mod 401.

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. 224 -> x
2. mod(x²,401) -> 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: 2241=224

2: 2242=2241+1=2241⋅2241 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 51 mod 401

4: 2244=2242+2=2242⋅2242 ≡ 51⋅51=2601 ≡ 195 mod 401

8: 2248=2244+4=2244⋅2244 ≡ 195⋅195=38025 ≡ 331 mod 401

16: 22416=2248+8=2248⋅2248 ≡ 331⋅331=109561 ≡ 88 mod 401

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 131250 mod 251.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 250 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 250 an und zerlegen 250 in eine Summer von 2er-Potenzen:

250 = 128+64+32+16+8+2

1: 1311=131

2: 1312=1311+1=1311⋅1311 ≡ 131⋅131=17161 ≡ 93 mod 251

4: 1314=1312+2=1312⋅1312 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 115 mod 251

8: 1318=1314+4=1314⋅1314 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 173 mod 251

16: 13116=1318+8=1318⋅1318 ≡ 173⋅173=29929 ≡ 60 mod 251

32: 13132=13116+16=13116⋅13116 ≡ 60⋅60=3600 ≡ 86 mod 251

64: 13164=13132+32=13132⋅13132 ≡ 86⋅86=7396 ≡ 117 mod 251

128: 131128=13164+64=13164⋅13164 ≡ 117⋅117=13689 ≡ 135 mod 251

131250

= 131128+64+32+16+8+2

= 131128⋅13164⋅13132⋅13116⋅1318⋅1312

135 ⋅ 117 ⋅ 86 ⋅ 60 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251
15795 ⋅ 86 ⋅ 60 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251 ≡ 233 ⋅ 86 ⋅ 60 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251
20038 ⋅ 60 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251 ≡ 209 ⋅ 60 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251
12540 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251 ≡ 241 ⋅ 173 ⋅ 93 mod 251
41693 ⋅ 93 mod 251 ≡ 27 ⋅ 93 mod 251
2511 mod 251 ≡ 1 mod 251

Es gilt also: 131250 ≡ 1 mod 251

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 35.

Also bestimme x, so dass 35 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 35

=>59 = 1⋅35 + 24
=>35 = 1⋅24 + 11
=>24 = 2⋅11 + 2
=>11 = 5⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,35)=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= 11-5⋅2
2= 24-2⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -5⋅(24 -2⋅ 11)
= 1⋅11 -5⋅24 +10⋅ 11)
= -5⋅24 +11⋅ 11 (=1)
11= 35-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -5⋅24 +11⋅(35 -1⋅ 24)
= -5⋅24 +11⋅35 -11⋅ 24)
= 11⋅35 -16⋅ 24 (=1)
24= 59-1⋅35 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅35 -16⋅(59 -1⋅ 35)
= 11⋅35 -16⋅59 +16⋅ 35)
= -16⋅59 +27⋅ 35 (=1)

Es gilt also: ggt(59,35)=1 = -16⋅59 +27⋅35

oder wenn man -16⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅59 = +27⋅35

Es gilt also: 27⋅35 = 16⋅59 +1

Somit 27⋅35 = 1 mod 59

27 ist also das Inverse von 35 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.