Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (122 - 897) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(122 - 897) mod 3 ≡ (122 mod 3 - 897 mod 3) mod 3.

122 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 122 = 120+2 = 3 ⋅ 40 +2.

897 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 897 = 900-3 = 3 ⋅ 300 -3 = 3 ⋅ 300 - 3 + 0.

Somit gilt:

(122 - 897) mod 3 ≡ (2 - 0) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (38 ⋅ 63) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(38 ⋅ 63) mod 11 ≡ (38 mod 11 ⋅ 63 mod 11) mod 11.

38 mod 11 ≡ 5 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 33 + 5 = 3 ⋅ 11 + 5 ist.

63 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 63 = 55 + 8 = 5 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(38 ⋅ 63) mod 11 ≡ (5 ⋅ 8) mod 11 ≡ 40 mod 11 ≡ 7 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38464 mod 769.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 384 -> x
2. mod(x²,769) -> 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: 3841=384

2: 3842=3841+1=3841⋅3841 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 577 mod 769

4: 3844=3842+2=3842⋅3842 ≡ 577⋅577=332929 ≡ 721 mod 769

8: 3848=3844+4=3844⋅3844 ≡ 721⋅721=519841 ≡ 766 mod 769

16: 38416=3848+8=3848⋅3848 ≡ 766⋅766=586756 ≡ 9 mod 769

32: 38432=38416+16=38416⋅38416 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 769

64: 38464=38432+32=38432⋅38432 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 409 mod 769

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 560173 mod 653.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 173 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 173 an und zerlegen 173 in eine Summer von 2er-Potenzen:

173 = 128+32+8+4+1

1: 5601=560

2: 5602=5601+1=5601⋅5601 ≡ 560⋅560=313600 ≡ 160 mod 653

4: 5604=5602+2=5602⋅5602 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 133 mod 653

8: 5608=5604+4=5604⋅5604 ≡ 133⋅133=17689 ≡ 58 mod 653

16: 56016=5608+8=5608⋅5608 ≡ 58⋅58=3364 ≡ 99 mod 653

32: 56032=56016+16=56016⋅56016 ≡ 99⋅99=9801 ≡ 6 mod 653

64: 56064=56032+32=56032⋅56032 ≡ 6⋅6=36 ≡ 36 mod 653

128: 560128=56064+64=56064⋅56064 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 643 mod 653

560173

= 560128+32+8+4+1

= 560128⋅56032⋅5608⋅5604⋅5601

643 ⋅ 6 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
3858 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653 ≡ 593 ⋅ 58 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
34394 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653 ≡ 438 ⋅ 133 ⋅ 560 mod 653
58254 ⋅ 560 mod 653 ≡ 137 ⋅ 560 mod 653
76720 mod 653 ≡ 319 mod 653

Es gilt also: 560173 ≡ 319 mod 653

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 40

=>101 = 2⋅40 + 21
=>40 = 1⋅21 + 19
=>21 = 1⋅19 + 2
=>19 = 9⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,40)=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= 19-9⋅2
2= 21-1⋅19 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅19 -9⋅(21 -1⋅ 19)
= 1⋅19 -9⋅21 +9⋅ 19)
= -9⋅21 +10⋅ 19 (=1)
19= 40-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -9⋅21 +10⋅(40 -1⋅ 21)
= -9⋅21 +10⋅40 -10⋅ 21)
= 10⋅40 -19⋅ 21 (=1)
21= 101-2⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 10⋅40 -19⋅(101 -2⋅ 40)
= 10⋅40 -19⋅101 +38⋅ 40)
= -19⋅101 +48⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(101,40)=1 = -19⋅101 +48⋅40

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +48⋅40

Es gilt also: 48⋅40 = 19⋅101 +1

Somit 48⋅40 = 1 mod 101

48 ist also das Inverse von 40 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.