Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (353 - 7001) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(353 - 7001) mod 7 ≡ (353 mod 7 - 7001 mod 7) mod 7.

353 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 353 = 350+3 = 7 ⋅ 50 +3.

7001 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7001 = 7000+1 = 7 ⋅ 1000 +1.

Somit gilt:

(353 - 7001) mod 7 ≡ (3 - 1) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (52 ⋅ 82) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(52 ⋅ 82) mod 4 ≡ (52 mod 4 ⋅ 82 mod 4) mod 4.

52 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 52 = 52 + 0 = 13 ⋅ 4 + 0 ist.

82 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 82 = 80 + 2 = 20 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(52 ⋅ 82) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 470128 mod 647.

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. 470 -> x
2. mod(x²,647) -> 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: 4701=470

2: 4702=4701+1=4701⋅4701 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 273 mod 647

4: 4704=4702+2=4702⋅4702 ≡ 273⋅273=74529 ≡ 124 mod 647

8: 4708=4704+4=4704⋅4704 ≡ 124⋅124=15376 ≡ 495 mod 647

16: 47016=4708+8=4708⋅4708 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 459 mod 647

32: 47032=47016+16=47016⋅47016 ≡ 459⋅459=210681 ≡ 406 mod 647

64: 47064=47032+32=47032⋅47032 ≡ 406⋅406=164836 ≡ 498 mod 647

128: 470128=47064+64=47064⋅47064 ≡ 498⋅498=248004 ≡ 203 mod 647

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 407231 mod 521.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 4071=407

2: 4072=4071+1=4071⋅4071 ≡ 407⋅407=165649 ≡ 492 mod 521

4: 4074=4072+2=4072⋅4072 ≡ 492⋅492=242064 ≡ 320 mod 521

8: 4078=4074+4=4074⋅4074 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 284 mod 521

16: 40716=4078+8=4078⋅4078 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 422 mod 521

32: 40732=40716+16=40716⋅40716 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 423 mod 521

64: 40764=40732+32=40732⋅40732 ≡ 423⋅423=178929 ≡ 226 mod 521

128: 407128=40764+64=40764⋅40764 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 18 mod 521

407231

= 407128+64+32+4+2+1

= 407128⋅40764⋅40732⋅4074⋅4072⋅4071

18 ⋅ 226 ⋅ 423 ⋅ 320 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521
4068 ⋅ 423 ⋅ 320 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521 ≡ 421 ⋅ 423 ⋅ 320 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521
178083 ⋅ 320 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521 ≡ 422 ⋅ 320 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521
135040 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521 ≡ 101 ⋅ 492 ⋅ 407 mod 521
49692 ⋅ 407 mod 521 ≡ 197 ⋅ 407 mod 521
80179 mod 521 ≡ 466 mod 521

Es gilt also: 407231 ≡ 466 mod 521

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 52.

Also bestimme x, so dass 52 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 52

=>61 = 1⋅52 + 9
=>52 = 5⋅9 + 7
=>9 = 1⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,52)=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= 7-3⋅2
2= 9-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7)
= -3⋅9 +4⋅ 7 (=1)
7= 52-5⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅9 +4⋅(52 -5⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅52 -20⋅ 9)
= 4⋅52 -23⋅ 9 (=1)
9= 61-1⋅52 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅52 -23⋅(61 -1⋅ 52)
= 4⋅52 -23⋅61 +23⋅ 52)
= -23⋅61 +27⋅ 52 (=1)

Es gilt also: ggt(61,52)=1 = -23⋅61 +27⋅52

oder wenn man -23⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +23⋅61 = +27⋅52

Es gilt also: 27⋅52 = 23⋅61 +1

Somit 27⋅52 = 1 mod 61

27 ist also das Inverse von 52 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 59 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.