Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (15003 + 20005) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(15003 + 20005) mod 5 ≡ (15003 mod 5 + 20005 mod 5) mod 5.

15003 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 15003 = 15000+3 = 5 ⋅ 3000 +3.

20005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20005 = 20000+5 = 5 ⋅ 4000 +5.

Somit gilt:

(15003 + 20005) mod 5 ≡ (3 + 0) mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (40 ⋅ 46) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(40 ⋅ 46) mod 6 ≡ (40 mod 6 ⋅ 46 mod 6) mod 6.

40 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 40 = 36 + 4 = 6 ⋅ 6 + 4 ist.

46 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 42 + 4 = 7 ⋅ 6 + 4 ist.

Somit gilt:

(40 ⋅ 46) mod 6 ≡ (4 ⋅ 4) mod 6 ≡ 16 mod 6 ≡ 4 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 278128 mod 709.

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. 278 -> x
2. mod(x²,709) -> 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: 2781=278

2: 2782=2781+1=2781⋅2781 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 3 mod 709

4: 2784=2782+2=2782⋅2782 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 709

8: 2788=2784+4=2784⋅2784 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 709

16: 27816=2788+8=2788⋅2788 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 180 mod 709

32: 27832=27816+16=27816⋅27816 ≡ 180⋅180=32400 ≡ 495 mod 709

64: 27864=27832+32=27832⋅27832 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 420 mod 709

128: 278128=27864+64=27864⋅27864 ≡ 420⋅420=176400 ≡ 568 mod 709

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 370206 mod 479.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 206 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 206 an und zerlegen 206 in eine Summer von 2er-Potenzen:

206 = 128+64+8+4+2

1: 3701=370

2: 3702=3701+1=3701⋅3701 ≡ 370⋅370=136900 ≡ 385 mod 479

4: 3704=3702+2=3702⋅3702 ≡ 385⋅385=148225 ≡ 214 mod 479

8: 3708=3704+4=3704⋅3704 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 291 mod 479

16: 37016=3708+8=3708⋅3708 ≡ 291⋅291=84681 ≡ 377 mod 479

32: 37032=37016+16=37016⋅37016 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 345 mod 479

64: 37064=37032+32=37032⋅37032 ≡ 345⋅345=119025 ≡ 233 mod 479

128: 370128=37064+64=37064⋅37064 ≡ 233⋅233=54289 ≡ 162 mod 479

370206

= 370128+64+8+4+2

= 370128⋅37064⋅3708⋅3704⋅3702

162 ⋅ 233 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
37746 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479 ≡ 384 ⋅ 291 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
111744 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479 ≡ 137 ⋅ 214 ⋅ 385 mod 479
29318 ⋅ 385 mod 479 ≡ 99 ⋅ 385 mod 479
38115 mod 479 ≡ 274 mod 479

Es gilt also: 370206 ≡ 274 mod 479

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 63.

Also bestimme x, so dass 63 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 63

=>71 = 1⋅63 + 8
=>63 = 7⋅8 + 7
=>8 = 1⋅7 + 1
=>7 = 7⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,63)=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= 8-1⋅7
7= 63-7⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅8 -1⋅(63 -7⋅ 8)
= 1⋅8 -1⋅63 +7⋅ 8)
= -1⋅63 +8⋅ 8 (=1)
8= 71-1⋅63 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅63 +8⋅(71 -1⋅ 63)
= -1⋅63 +8⋅71 -8⋅ 63)
= 8⋅71 -9⋅ 63 (=1)

Es gilt also: ggt(71,63)=1 = 8⋅71 -9⋅63

oder wenn man 8⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅71 = -9⋅63

-9⋅63 = -8⋅71 + 1 |+71⋅63

-9⋅63 + 71⋅63 = -8⋅71 + 71⋅63 + 1

(-9 + 71) ⋅ 63 = (-8 + 63) ⋅ 71 + 1

62⋅63 = 55⋅71 + 1

Es gilt also: 62⋅63 = 55⋅71 +1

Somit 62⋅63 = 1 mod 71

62 ist also das Inverse von 63 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.