Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1802 + 85) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1802 + 85) mod 9 ≡ (1802 mod 9 + 85 mod 9) mod 9.

1802 mod 9 ≡ 2 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1802 = 1800+2 = 9 ⋅ 200 +2.

85 mod 9 ≡ 4 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 85 = 90-5 = 9 ⋅ 10 -5 = 9 ⋅ 10 - 9 + 4.

Somit gilt:

(1802 + 85) mod 9 ≡ (2 + 4) mod 9 ≡ 6 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (73 ⋅ 74) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(73 ⋅ 74) mod 11 ≡ (73 mod 11 ⋅ 74 mod 11) mod 11.

73 mod 11 ≡ 7 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 73 = 66 + 7 = 6 ⋅ 11 + 7 ist.

74 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 66 + 8 = 6 ⋅ 11 + 8 ist.

Somit gilt:

(73 ⋅ 74) mod 11 ≡ (7 ⋅ 8) mod 11 ≡ 56 mod 11 ≡ 1 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 342128 mod 673.

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. 342 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 3421=342

2: 3422=3421+1=3421⋅3421 ≡ 342⋅342=116964 ≡ 535 mod 673

4: 3424=3422+2=3422⋅3422 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 200 mod 673

8: 3428=3424+4=3424⋅3424 ≡ 200⋅200=40000 ≡ 293 mod 673

16: 34216=3428+8=3428⋅3428 ≡ 293⋅293=85849 ≡ 378 mod 673

32: 34232=34216+16=34216⋅34216 ≡ 378⋅378=142884 ≡ 208 mod 673

64: 34264=34232+32=34232⋅34232 ≡ 208⋅208=43264 ≡ 192 mod 673

128: 342128=34264+64=34264⋅34264 ≡ 192⋅192=36864 ≡ 522 mod 673

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 252245 mod 421.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 2521=252

2: 2522=2521+1=2521⋅2521 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 354 mod 421

4: 2524=2522+2=2522⋅2522 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 279 mod 421

8: 2528=2524+4=2524⋅2524 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421

16: 25216=2528+8=2528⋅2528 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 252 mod 421

32: 25232=25216+16=25216⋅25216 ≡ 252⋅252=63504 ≡ 354 mod 421

64: 25264=25232+32=25232⋅25232 ≡ 354⋅354=125316 ≡ 279 mod 421

128: 252128=25264+64=25264⋅25264 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 377 mod 421

252245

= 252128+64+32+16+4+1

= 252128⋅25264⋅25232⋅25216⋅2524⋅2521

377 ⋅ 279 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
105183 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 354 ⋅ 354 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
125316 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 279 ⋅ 252 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
70308 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421 ≡ 1 ⋅ 279 ⋅ 252 mod 421
279 ⋅ 252 mod 421
70308 mod 421 ≡ 1 mod 421

Es gilt also: 252245 ≡ 1 mod 421

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 47

=>71 = 1⋅47 + 24
=>47 = 1⋅24 + 23
=>24 = 1⋅23 + 1
=>23 = 23⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,47)=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= 24-1⋅23
23= 47-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅24 -1⋅(47 -1⋅ 24)
= 1⋅24 -1⋅47 +1⋅ 24)
= -1⋅47 +2⋅ 24 (=1)
24= 71-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +2⋅(71 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +2⋅71 -2⋅ 47)
= 2⋅71 -3⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(71,47)=1 = 2⋅71 -3⋅47

oder wenn man 2⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅71 = -3⋅47

-3⋅47 = -2⋅71 + 1 |+71⋅47

-3⋅47 + 71⋅47 = -2⋅71 + 71⋅47 + 1

(-3 + 71) ⋅ 47 = (-2 + 47) ⋅ 71 + 1

68⋅47 = 45⋅71 + 1

Es gilt also: 68⋅47 = 45⋅71 +1

Somit 68⋅47 = 1 mod 71

68 ist also das Inverse von 47 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 83. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.