Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13998 + 136) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13998 + 136) mod 7 ≡ (13998 mod 7 + 136 mod 7) mod 7.

13998 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13998 = 14000-2 = 7 ⋅ 2000 -2 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 5.

136 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 136 = 140-4 = 7 ⋅ 20 -4 = 7 ⋅ 20 - 7 + 3.

Somit gilt:

(13998 + 136) mod 7 ≡ (5 + 3) mod 7 ≡ 8 mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (64 ⋅ 49) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(64 ⋅ 49) mod 3 ≡ (64 mod 3 ⋅ 49 mod 3) mod 3.

64 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 63 + 1 = 21 ⋅ 3 + 1 ist.

49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(64 ⋅ 49) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 170128 mod 331.

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. 170 -> x
2. mod(x²,331) -> 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: 1701=170

2: 1702=1701+1=1701⋅1701 ≡ 170⋅170=28900 ≡ 103 mod 331

4: 1704=1702+2=1702⋅1702 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 17 mod 331

8: 1708=1704+4=1704⋅1704 ≡ 17⋅17=289 ≡ 289 mod 331

16: 17016=1708+8=1708⋅1708 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 109 mod 331

32: 17032=17016+16=17016⋅17016 ≡ 109⋅109=11881 ≡ 296 mod 331

64: 17064=17032+32=17032⋅17032 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 232 mod 331

128: 170128=17064+64=17064⋅17064 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 202 mod 331

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 772214 mod 863.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 214 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 214 an und zerlegen 214 in eine Summer von 2er-Potenzen:

214 = 128+64+16+4+2

1: 7721=772

2: 7722=7721+1=7721⋅7721 ≡ 772⋅772=595984 ≡ 514 mod 863

4: 7724=7722+2=7722⋅7722 ≡ 514⋅514=264196 ≡ 118 mod 863

8: 7728=7724+4=7724⋅7724 ≡ 118⋅118=13924 ≡ 116 mod 863

16: 77216=7728+8=7728⋅7728 ≡ 116⋅116=13456 ≡ 511 mod 863

32: 77232=77216+16=77216⋅77216 ≡ 511⋅511=261121 ≡ 495 mod 863

64: 77264=77232+32=77232⋅77232 ≡ 495⋅495=245025 ≡ 796 mod 863

128: 772128=77264+64=77264⋅77264 ≡ 796⋅796=633616 ≡ 174 mod 863

772214

= 772128+64+16+4+2

= 772128⋅77264⋅77216⋅7724⋅7722

174 ⋅ 796 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
138504 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863 ≡ 424 ⋅ 511 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
216664 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863 ≡ 51 ⋅ 118 ⋅ 514 mod 863
6018 ⋅ 514 mod 863 ≡ 840 ⋅ 514 mod 863
431760 mod 863 ≡ 260 mod 863

Es gilt also: 772214 ≡ 260 mod 863

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 27.

Also bestimme x, so dass 27 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 27

=>89 = 3⋅27 + 8
=>27 = 3⋅8 + 3
=>8 = 2⋅3 + 2
=>3 = 1⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,27)=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= 3-1⋅2
2= 8-2⋅3 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅3 -1⋅(8 -2⋅ 3)
= 1⋅3 -1⋅8 +2⋅ 3)
= -1⋅8 +3⋅ 3 (=1)
3= 27-3⋅8 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅8 +3⋅(27 -3⋅ 8)
= -1⋅8 +3⋅27 -9⋅ 8)
= 3⋅27 -10⋅ 8 (=1)
8= 89-3⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅27 -10⋅(89 -3⋅ 27)
= 3⋅27 -10⋅89 +30⋅ 27)
= -10⋅89 +33⋅ 27 (=1)

Es gilt also: ggt(89,27)=1 = -10⋅89 +33⋅27

oder wenn man -10⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 +10⋅89 = +33⋅27

Es gilt also: 33⋅27 = 10⋅89 +1

Somit 33⋅27 = 1 mod 89

33 ist also das Inverse von 27 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 101. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.