Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (124 - 1800) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(124 - 1800) mod 6 ≡ (124 mod 6 - 1800 mod 6) mod 6.

124 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 124 = 120+4 = 6 ⋅ 20 +4.

1800 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1800 = 1800+0 = 6 ⋅ 300 +0.

Somit gilt:

(124 - 1800) mod 6 ≡ (4 - 0) mod 6 ≡ 4 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 80) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 80) mod 5 ≡ (58 mod 5 ⋅ 80 mod 5) mod 5.

58 mod 5 ≡ 3 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 55 + 3 = 11 ⋅ 5 + 3 ist.

80 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 80 = 80 + 0 = 16 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 80) mod 5 ≡ (3 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 14132 mod 233.

Lösung einblenden

Die 32 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (25).

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. 141 -> x
2. mod(x²,233) -> 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: 1411=141

2: 1412=1411+1=1411⋅1411 ≡ 141⋅141=19881 ≡ 76 mod 233

4: 1414=1412+2=1412⋅1412 ≡ 76⋅76=5776 ≡ 184 mod 233

8: 1418=1414+4=1414⋅1414 ≡ 184⋅184=33856 ≡ 71 mod 233

16: 14116=1418+8=1418⋅1418 ≡ 71⋅71=5041 ≡ 148 mod 233

32: 14132=14116+16=14116⋅14116 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 2 mod 233

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 437155 mod 499.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 155 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 155 an und zerlegen 155 in eine Summer von 2er-Potenzen:

155 = 128+16+8+2+1

1: 4371=437

2: 4372=4371+1=4371⋅4371 ≡ 437⋅437=190969 ≡ 351 mod 499

4: 4374=4372+2=4372⋅4372 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 447 mod 499

8: 4378=4374+4=4374⋅4374 ≡ 447⋅447=199809 ≡ 209 mod 499

16: 43716=4378+8=4378⋅4378 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 268 mod 499

32: 43732=43716+16=43716⋅43716 ≡ 268⋅268=71824 ≡ 467 mod 499

64: 43764=43732+32=43732⋅43732 ≡ 467⋅467=218089 ≡ 26 mod 499

128: 437128=43764+64=43764⋅43764 ≡ 26⋅26=676 ≡ 177 mod 499

437155

= 437128+16+8+2+1

= 437128⋅43716⋅4378⋅4372⋅4371

177 ⋅ 268 ⋅ 209 ⋅ 351 ⋅ 437 mod 499
47436 ⋅ 209 ⋅ 351 ⋅ 437 mod 499 ≡ 31 ⋅ 209 ⋅ 351 ⋅ 437 mod 499
6479 ⋅ 351 ⋅ 437 mod 499 ≡ 491 ⋅ 351 ⋅ 437 mod 499
172341 ⋅ 437 mod 499 ≡ 186 ⋅ 437 mod 499
81282 mod 499 ≡ 444 mod 499

Es gilt also: 437155 ≡ 444 mod 499

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 23.

Also bestimme x, so dass 23 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 23

=>59 = 2⋅23 + 13
=>23 = 1⋅13 + 10
=>13 = 1⋅10 + 3
=>10 = 3⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,23)=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= 10-3⋅3
3= 13-1⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -3⋅(13 -1⋅ 10)
= 1⋅10 -3⋅13 +3⋅ 10)
= -3⋅13 +4⋅ 10 (=1)
10= 23-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅13 +4⋅(23 -1⋅ 13)
= -3⋅13 +4⋅23 -4⋅ 13)
= 4⋅23 -7⋅ 13 (=1)
13= 59-2⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅23 -7⋅(59 -2⋅ 23)
= 4⋅23 -7⋅59 +14⋅ 23)
= -7⋅59 +18⋅ 23 (=1)

Es gilt also: ggt(59,23)=1 = -7⋅59 +18⋅23

oder wenn man -7⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +7⋅59 = +18⋅23

Es gilt also: 18⋅23 = 7⋅59 +1

Somit 18⋅23 = 1 mod 59

18 ist also das Inverse von 23 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.