Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (178 + 2996) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(178 + 2996) mod 6 ≡ (178 mod 6 + 2996 mod 6) mod 6.

178 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 178 = 180-2 = 6 ⋅ 30 -2 = 6 ⋅ 30 - 6 + 4.

2996 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2996 = 3000-4 = 6 ⋅ 500 -4 = 6 ⋅ 500 - 6 + 2.

Somit gilt:

(178 + 2996) mod 6 ≡ (4 + 2) mod 6 ≡ 6 mod 6 ≡ 0 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 38) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 38) mod 4 ≡ (19 mod 4 ⋅ 38 mod 4) mod 4.

19 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 4 ⋅ 4 + 3 ist.

38 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 38 = 36 + 2 = 9 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 38) mod 4 ≡ (3 ⋅ 2) mod 4 ≡ 6 mod 4 ≡ 2 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 529128 mod 757.

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. 529 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 5291=529

2: 5292=5291+1=5291⋅5291 ≡ 529⋅529=279841 ≡ 508 mod 757

4: 5294=5292+2=5292⋅5292 ≡ 508⋅508=258064 ≡ 684 mod 757

8: 5298=5294+4=5294⋅5294 ≡ 684⋅684=467856 ≡ 30 mod 757

16: 52916=5298+8=5298⋅5298 ≡ 30⋅30=900 ≡ 143 mod 757

32: 52932=52916+16=52916⋅52916 ≡ 143⋅143=20449 ≡ 10 mod 757

64: 52964=52932+32=52932⋅52932 ≡ 10⋅10=100 ≡ 100 mod 757

128: 529128=52964+64=52964⋅52964 ≡ 100⋅100=10000 ≡ 159 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 733183 mod 757.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 7331=733

2: 7332=7331+1=7331⋅7331 ≡ 733⋅733=537289 ≡ 576 mod 757

4: 7334=7332+2=7332⋅7332 ≡ 576⋅576=331776 ≡ 210 mod 757

8: 7338=7334+4=7334⋅7334 ≡ 210⋅210=44100 ≡ 194 mod 757

16: 73316=7338+8=7338⋅7338 ≡ 194⋅194=37636 ≡ 543 mod 757

32: 73332=73316+16=73316⋅73316 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 376 mod 757

64: 73364=73332+32=73332⋅73332 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 574 mod 757

128: 733128=73364+64=73364⋅73364 ≡ 574⋅574=329476 ≡ 181 mod 757

733183

= 733128+32+16+4+2+1

= 733128⋅73332⋅73316⋅7334⋅7332⋅7331

181 ⋅ 376 ⋅ 543 ⋅ 210 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757
68056 ⋅ 543 ⋅ 210 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757 ≡ 683 ⋅ 543 ⋅ 210 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757
370869 ⋅ 210 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757 ≡ 696 ⋅ 210 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757
146160 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757 ≡ 59 ⋅ 576 ⋅ 733 mod 757
33984 ⋅ 733 mod 757 ≡ 676 ⋅ 733 mod 757
495508 mod 757 ≡ 430 mod 757

Es gilt also: 733183 ≡ 430 mod 757

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 59.

Also bestimme x, so dass 59 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 59

=>71 = 1⋅59 + 12
=>59 = 4⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,59)=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= 12-1⋅11
11= 59-4⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(59 -4⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅59 +4⋅ 12)
= -1⋅59 +5⋅ 12 (=1)
12= 71-1⋅59 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅59 +5⋅(71 -1⋅ 59)
= -1⋅59 +5⋅71 -5⋅ 59)
= 5⋅71 -6⋅ 59 (=1)

Es gilt also: ggt(71,59)=1 = 5⋅71 -6⋅59

oder wenn man 5⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅71 = -6⋅59

-6⋅59 = -5⋅71 + 1 |+71⋅59

-6⋅59 + 71⋅59 = -5⋅71 + 71⋅59 + 1

(-6 + 71) ⋅ 59 = (-5 + 59) ⋅ 71 + 1

65⋅59 = 54⋅71 + 1

Es gilt also: 65⋅59 = 54⋅71 +1

Somit 65⋅59 = 1 mod 71

65 ist also das Inverse von 59 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 73 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.