Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (14000 - 28003) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(14000 - 28003) mod 7 ≡ (14000 mod 7 - 28003 mod 7) mod 7.

14000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 14000 = 14000+0 = 7 ⋅ 2000 +0.

28003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28003 = 28000+3 = 7 ⋅ 4000 +3.

Somit gilt:

(14000 - 28003) mod 7 ≡ (0 - 3) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (19 ⋅ 62) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(19 ⋅ 62) mod 3 ≡ (19 mod 3 ⋅ 62 mod 3) mod 3.

19 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 18 + 1 = 6 ⋅ 3 + 1 ist.

62 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 62 = 60 + 2 = 20 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(19 ⋅ 62) mod 3 ≡ (1 ⋅ 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46132 mod 653.

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. 461 -> x
2. mod(x²,653) -> 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: 4611=461

2: 4612=4611+1=4611⋅4611 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 296 mod 653

4: 4614=4612+2=4612⋅4612 ≡ 296⋅296=87616 ≡ 114 mod 653

8: 4618=4614+4=4614⋅4614 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 589 mod 653

16: 46116=4618+8=4618⋅4618 ≡ 589⋅589=346921 ≡ 178 mod 653

32: 46132=46116+16=46116⋅46116 ≡ 178⋅178=31684 ≡ 340 mod 653

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 309207 mod 743.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 207 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 207 an und zerlegen 207 in eine Summer von 2er-Potenzen:

207 = 128+64+8+4+2+1

1: 3091=309

2: 3092=3091+1=3091⋅3091 ≡ 309⋅309=95481 ≡ 377 mod 743

4: 3094=3092+2=3092⋅3092 ≡ 377⋅377=142129 ≡ 216 mod 743

8: 3098=3094+4=3094⋅3094 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 590 mod 743

16: 30916=3098+8=3098⋅3098 ≡ 590⋅590=348100 ≡ 376 mod 743

32: 30932=30916+16=30916⋅30916 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 206 mod 743

64: 30964=30932+32=30932⋅30932 ≡ 206⋅206=42436 ≡ 85 mod 743

128: 309128=30964+64=30964⋅30964 ≡ 85⋅85=7225 ≡ 538 mod 743

309207

= 309128+64+8+4+2+1

= 309128⋅30964⋅3098⋅3094⋅3092⋅3091

538 ⋅ 85 ⋅ 590 ⋅ 216 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743
45730 ⋅ 590 ⋅ 216 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743 ≡ 407 ⋅ 590 ⋅ 216 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743
240130 ⋅ 216 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743 ≡ 141 ⋅ 216 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743
30456 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743 ≡ 736 ⋅ 377 ⋅ 309 mod 743
277472 ⋅ 309 mod 743 ≡ 333 ⋅ 309 mod 743
102897 mod 743 ≡ 363 mod 743

Es gilt also: 309207 ≡ 363 mod 743

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 29.

Also bestimme x, so dass 29 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 29

=>53 = 1⋅29 + 24
=>29 = 1⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,29)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 29-1⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(29 -1⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅29 -5⋅ 24)
= 5⋅29 -6⋅ 24 (=1)
24= 53-1⋅29 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅29 -6⋅(53 -1⋅ 29)
= 5⋅29 -6⋅53 +6⋅ 29)
= -6⋅53 +11⋅ 29 (=1)

Es gilt also: ggt(53,29)=1 = -6⋅53 +11⋅29

oder wenn man -6⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +6⋅53 = +11⋅29

Es gilt also: 11⋅29 = 6⋅53 +1

Somit 11⋅29 = 1 mod 53

11 ist also das Inverse von 29 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.