Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1005 + 100) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1005 + 100) mod 5 ≡ (1005 mod 5 + 100 mod 5) mod 5.

1005 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1005 = 1000+5 = 5 ⋅ 200 +5.

100 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 100 = 100+0 = 5 ⋅ 20 +0.

Somit gilt:

(1005 + 100) mod 5 ≡ (0 + 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (84 ⋅ 60) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(84 ⋅ 60) mod 4 ≡ (84 mod 4 ⋅ 60 mod 4) mod 4.

84 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 84 = 84 + 0 = 21 ⋅ 4 + 0 ist.

60 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 15 ⋅ 4 + 0 ist.

Somit gilt:

(84 ⋅ 60) mod 4 ≡ (0 ⋅ 0) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 26864 mod 643.

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. 268 -> x
2. mod(x²,643) -> 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: 2681=268

2: 2682=2681+1=2681⋅2681 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 451 mod 643

4: 2684=2682+2=2682⋅2682 ≡ 451⋅451=203401 ≡ 213 mod 643

8: 2688=2684+4=2684⋅2684 ≡ 213⋅213=45369 ≡ 359 mod 643

16: 26816=2688+8=2688⋅2688 ≡ 359⋅359=128881 ≡ 281 mod 643

32: 26832=26816+16=26816⋅26816 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 515 mod 643

64: 26864=26832+32=26832⋅26832 ≡ 515⋅515=265225 ≡ 309 mod 643

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 271127 mod 503.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 127 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 127 an und zerlegen 127 in eine Summer von 2er-Potenzen:

127 = 64+32+16+8+4+2+1

1: 2711=271

2: 2712=2711+1=2711⋅2711 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 3 mod 503

4: 2714=2712+2=2712⋅2712 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 503

8: 2718=2714+4=2714⋅2714 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 503

16: 27116=2718+8=2718⋅2718 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 22 mod 503

32: 27132=27116+16=27116⋅27116 ≡ 22⋅22=484 ≡ 484 mod 503

64: 27164=27132+32=27132⋅27132 ≡ 484⋅484=234256 ≡ 361 mod 503

271127

= 27164+32+16+8+4+2+1

= 27164⋅27132⋅27116⋅2718⋅2714⋅2712⋅2711

361 ⋅ 484 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
174724 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 183 ⋅ 22 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
4026 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 2 ⋅ 81 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
162 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
1458 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503 ≡ 452 ⋅ 3 ⋅ 271 mod 503
1356 ⋅ 271 mod 503 ≡ 350 ⋅ 271 mod 503
94850 mod 503 ≡ 286 mod 503

Es gilt also: 271127 ≡ 286 mod 503

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 45

=>61 = 1⋅45 + 16
=>45 = 2⋅16 + 13
=>16 = 1⋅13 + 3
=>13 = 4⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,45)=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= 13-4⋅3
3= 16-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -4⋅(16 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -4⋅16 +4⋅ 13)
= -4⋅16 +5⋅ 13 (=1)
13= 45-2⋅16 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅16 +5⋅(45 -2⋅ 16)
= -4⋅16 +5⋅45 -10⋅ 16)
= 5⋅45 -14⋅ 16 (=1)
16= 61-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅45 -14⋅(61 -1⋅ 45)
= 5⋅45 -14⋅61 +14⋅ 45)
= -14⋅61 +19⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(61,45)=1 = -14⋅61 +19⋅45

oder wenn man -14⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +14⋅61 = +19⋅45

Es gilt also: 19⋅45 = 14⋅61 +1

Somit 19⋅45 = 1 mod 61

19 ist also das Inverse von 45 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 43. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.