Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (75 + 2392) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(75 + 2392) mod 8 ≡ (75 mod 8 + 2392 mod 8) mod 8.

75 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 80-5 = 8 ⋅ 10 -5 = 8 ⋅ 10 - 8 + 3.

2392 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2392 = 2400-8 = 8 ⋅ 300 -8 = 8 ⋅ 300 - 8 + 0.

Somit gilt:

(75 + 2392) mod 8 ≡ (3 + 0) mod 8 ≡ 3 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (92 ⋅ 19) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(92 ⋅ 19) mod 8 ≡ (92 mod 8 ⋅ 19 mod 8) mod 8.

92 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 88 + 4 = 11 ⋅ 8 + 4 ist.

19 mod 8 ≡ 3 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 19 = 16 + 3 = 2 ⋅ 8 + 3 ist.

Somit gilt:

(92 ⋅ 19) mod 8 ≡ (4 ⋅ 3) mod 8 ≡ 12 mod 8 ≡ 4 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 38732 mod 433.

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. 387 -> x
2. mod(x²,433) -> 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: 3871=387

2: 3872=3871+1=3871⋅3871 ≡ 387⋅387=149769 ≡ 384 mod 433

4: 3874=3872+2=3872⋅3872 ≡ 384⋅384=147456 ≡ 236 mod 433

8: 3878=3874+4=3874⋅3874 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 272 mod 433

16: 38716=3878+8=3878⋅3878 ≡ 272⋅272=73984 ≡ 374 mod 433

32: 38732=38716+16=38716⋅38716 ≡ 374⋅374=139876 ≡ 17 mod 433

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 222230 mod 241.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 230 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 230 an und zerlegen 230 in eine Summer von 2er-Potenzen:

230 = 128+64+32+4+2

1: 2221=222

2: 2222=2221+1=2221⋅2221 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 120 mod 241

4: 2224=2222+2=2222⋅2222 ≡ 120⋅120=14400 ≡ 181 mod 241

8: 2228=2224+4=2224⋅2224 ≡ 181⋅181=32761 ≡ 226 mod 241

16: 22216=2228+8=2228⋅2228 ≡ 226⋅226=51076 ≡ 225 mod 241

32: 22232=22216+16=22216⋅22216 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 15 mod 241

64: 22264=22232+32=22232⋅22232 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 241

128: 222128=22264+64=22264⋅22264 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 15 mod 241

222230

= 222128+64+32+4+2

= 222128⋅22264⋅22232⋅2224⋅2222

15 ⋅ 225 ⋅ 15 ⋅ 181 ⋅ 120 mod 241
3375 ⋅ 15 ⋅ 181 ⋅ 120 mod 241 ≡ 1 ⋅ 15 ⋅ 181 ⋅ 120 mod 241
15 ⋅ 181 ⋅ 120 mod 241
2715 ⋅ 120 mod 241 ≡ 64 ⋅ 120 mod 241
7680 mod 241 ≡ 209 mod 241

Es gilt also: 222230 ≡ 209 mod 241

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 80.

Also bestimme x, so dass 80 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 80

=>101 = 1⋅80 + 21
=>80 = 3⋅21 + 17
=>21 = 1⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,80)=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= 17-4⋅4
4= 21-1⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(21 -1⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅21 +4⋅ 17)
= -4⋅21 +5⋅ 17 (=1)
17= 80-3⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅21 +5⋅(80 -3⋅ 21)
= -4⋅21 +5⋅80 -15⋅ 21)
= 5⋅80 -19⋅ 21 (=1)
21= 101-1⋅80 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅80 -19⋅(101 -1⋅ 80)
= 5⋅80 -19⋅101 +19⋅ 80)
= -19⋅101 +24⋅ 80 (=1)

Es gilt also: ggt(101,80)=1 = -19⋅101 +24⋅80

oder wenn man -19⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +19⋅101 = +24⋅80

Es gilt also: 24⋅80 = 19⋅101 +1

Somit 24⋅80 = 1 mod 101

24 ist also das Inverse von 80 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 43 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.