Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (9000 - 1503) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(9000 - 1503) mod 3 ≡ (9000 mod 3 - 1503 mod 3) mod 3.

9000 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 9000 = 9000+0 = 3 ⋅ 3000 +0.

1503 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1503 = 1500+3 = 3 ⋅ 500 +3.

Somit gilt:

(9000 - 1503) mod 3 ≡ (0 - 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 20) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 20) mod 7 ≡ (54 mod 7 ⋅ 20 mod 7) mod 7.

54 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 49 + 5 = 7 ⋅ 7 + 5 ist.

20 mod 7 ≡ 6 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20 = 14 + 6 = 2 ⋅ 7 + 6 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 20) mod 7 ≡ (5 ⋅ 6) mod 7 ≡ 30 mod 7 ≡ 2 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 18616 mod 499.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 186 -> x
2. mod(x²,499) -> 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: 1861=186

2: 1862=1861+1=1861⋅1861 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 165 mod 499

4: 1864=1862+2=1862⋅1862 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 279 mod 499

8: 1868=1864+4=1864⋅1864 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 496 mod 499

16: 18616=1868+8=1868⋅1868 ≡ 496⋅496=246016 ≡ 9 mod 499

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 122231 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 231 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 231 an und zerlegen 231 in eine Summer von 2er-Potenzen:

231 = 128+64+32+4+2+1

1: 1221=122

2: 1222=1221+1=1221⋅1221 ≡ 122⋅122=14884 ≡ 320 mod 331

4: 1224=1222+2=1222⋅1222 ≡ 320⋅320=102400 ≡ 121 mod 331

8: 1228=1224+4=1224⋅1224 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 77 mod 331

16: 12216=1228+8=1228⋅1228 ≡ 77⋅77=5929 ≡ 302 mod 331

32: 12232=12216+16=12216⋅12216 ≡ 302⋅302=91204 ≡ 179 mod 331

64: 12264=12232+32=12232⋅12232 ≡ 179⋅179=32041 ≡ 265 mod 331

128: 122128=12264+64=12264⋅12264 ≡ 265⋅265=70225 ≡ 53 mod 331

122231

= 122128+64+32+4+2+1

= 122128⋅12264⋅12232⋅1224⋅1222⋅1221

53 ⋅ 265 ⋅ 179 ⋅ 121 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331
14045 ⋅ 179 ⋅ 121 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331 ≡ 143 ⋅ 179 ⋅ 121 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331
25597 ⋅ 121 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331 ≡ 110 ⋅ 121 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331
13310 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331 ≡ 70 ⋅ 320 ⋅ 122 mod 331
22400 ⋅ 122 mod 331 ≡ 223 ⋅ 122 mod 331
27206 mod 331 ≡ 64 mod 331

Es gilt also: 122231 ≡ 64 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 36.

Also bestimme x, so dass 36 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 36

=>53 = 1⋅36 + 17
=>36 = 2⋅17 + 2
=>17 = 8⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,36)=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= 17-8⋅2
2= 36-2⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -8⋅(36 -2⋅ 17)
= 1⋅17 -8⋅36 +16⋅ 17)
= -8⋅36 +17⋅ 17 (=1)
17= 53-1⋅36 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -8⋅36 +17⋅(53 -1⋅ 36)
= -8⋅36 +17⋅53 -17⋅ 36)
= 17⋅53 -25⋅ 36 (=1)

Es gilt also: ggt(53,36)=1 = 17⋅53 -25⋅36

oder wenn man 17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅53 = -25⋅36

-25⋅36 = -17⋅53 + 1 |+53⋅36

-25⋅36 + 53⋅36 = -17⋅53 + 53⋅36 + 1

(-25 + 53) ⋅ 36 = (-17 + 36) ⋅ 53 + 1

28⋅36 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 28⋅36 = 19⋅53 +1

Somit 28⋅36 = 1 mod 53

28 ist also das Inverse von 36 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.