Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (32008 + 24006) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(32008 + 24006) mod 8 ≡ (32008 mod 8 + 24006 mod 8) mod 8.

32008 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32008 = 32000+8 = 8 ⋅ 4000 +8.

24006 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 24006 = 24000+6 = 8 ⋅ 3000 +6.

Somit gilt:

(32008 + 24006) mod 8 ≡ (0 + 6) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (93 ⋅ 46) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(93 ⋅ 46) mod 7 ≡ (93 mod 7 ⋅ 46 mod 7) mod 7.

93 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 93 = 91 + 2 = 13 ⋅ 7 + 2 ist.

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

Somit gilt:

(93 ⋅ 46) mod 7 ≡ (2 ⋅ 4) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 222128 mod 557.

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. 222 -> x
2. mod(x²,557) -> 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: 2221=222

2: 2222=2221+1=2221⋅2221 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 268 mod 557

4: 2224=2222+2=2222⋅2222 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 528 mod 557

8: 2228=2224+4=2224⋅2224 ≡ 528⋅528=278784 ≡ 284 mod 557

16: 22216=2228+8=2228⋅2228 ≡ 284⋅284=80656 ≡ 448 mod 557

32: 22232=22216+16=22216⋅22216 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 184 mod 557

64: 22264=22232+32=22232⋅22232 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 436 mod 557

128: 222128=22264+64=22264⋅22264 ≡ 436⋅436=190096 ≡ 159 mod 557

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 277179 mod 457.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 179 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 179 an und zerlegen 179 in eine Summer von 2er-Potenzen:

179 = 128+32+16+2+1

1: 2771=277

2: 2772=2771+1=2771⋅2771 ≡ 277⋅277=76729 ≡ 410 mod 457

4: 2774=2772+2=2772⋅2772 ≡ 410⋅410=168100 ≡ 381 mod 457

8: 2778=2774+4=2774⋅2774 ≡ 381⋅381=145161 ≡ 292 mod 457

16: 27716=2778+8=2778⋅2778 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 262 mod 457

32: 27732=27716+16=27716⋅27716 ≡ 262⋅262=68644 ≡ 94 mod 457

64: 27764=27732+32=27732⋅27732 ≡ 94⋅94=8836 ≡ 153 mod 457

128: 277128=27764+64=27764⋅27764 ≡ 153⋅153=23409 ≡ 102 mod 457

277179

= 277128+32+16+2+1

= 277128⋅27732⋅27716⋅2772⋅2771

102 ⋅ 94 ⋅ 262 ⋅ 410 ⋅ 277 mod 457
9588 ⋅ 262 ⋅ 410 ⋅ 277 mod 457 ≡ 448 ⋅ 262 ⋅ 410 ⋅ 277 mod 457
117376 ⋅ 410 ⋅ 277 mod 457 ≡ 384 ⋅ 410 ⋅ 277 mod 457
157440 ⋅ 277 mod 457 ≡ 232 ⋅ 277 mod 457
64264 mod 457 ≡ 284 mod 457

Es gilt also: 277179 ≡ 284 mod 457

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 29

=>53 = 1⋅29 + 24
=>29 = 1⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,29)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 29-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(29 -1⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅29 -5⋅ 24)
= 5⋅29 -6⋅ 24 (=1)
24= 53-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅29 -6⋅(53 -1⋅ 29)
= 5⋅29 -6⋅53 +6⋅ 29)
= -6⋅53 +11⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(53,29)=1 = -6⋅53 +11⋅29

oder wenn man -6⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +6⋅53 = +11⋅29

Es gilt also: 11⋅29 = 6⋅53 +1

Somit 11⋅29 = 1 mod 53

11 ist also das Inverse von 29 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.