Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (596 + 177) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(596 + 177) mod 6 ≡ (596 mod 6 + 177 mod 6) mod 6.

596 mod 6 ≡ 2 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 596 = 600-4 = 6 ⋅ 100 -4 = 6 ⋅ 100 - 6 + 2.

177 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 177 = 180-3 = 6 ⋅ 30 -3 = 6 ⋅ 30 - 6 + 3.

Somit gilt:

(596 + 177) mod 6 ≡ (2 + 3) mod 6 ≡ 5 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (97 ⋅ 96) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(97 ⋅ 96) mod 3 ≡ (97 mod 3 ⋅ 96 mod 3) mod 3.

97 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 97 = 96 + 1 = 32 ⋅ 3 + 1 ist.

96 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 96 = 96 + 0 = 32 ⋅ 3 + 0 ist.

Somit gilt:

(97 ⋅ 96) mod 3 ≡ (1 ⋅ 0) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 62616 mod 683.

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. 626 -> x
2. mod(x²,683) -> 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: 6261=626

2: 6262=6261+1=6261⋅6261 ≡ 626⋅626=391876 ≡ 517 mod 683

4: 6264=6262+2=6262⋅6262 ≡ 517⋅517=267289 ≡ 236 mod 683

8: 6268=6264+4=6264⋅6264 ≡ 236⋅236=55696 ≡ 373 mod 683

16: 62616=6268+8=6268⋅6268 ≡ 373⋅373=139129 ≡ 480 mod 683

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 251243 mod 257.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 243 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 243 an und zerlegen 243 in eine Summer von 2er-Potenzen:

243 = 128+64+32+16+2+1

1: 2511=251

2: 2512=2511+1=2511⋅2511 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 36 mod 257

4: 2514=2512+2=2512⋅2512 ≡ 36⋅36=1296 ≡ 11 mod 257

8: 2518=2514+4=2514⋅2514 ≡ 11⋅11=121 ≡ 121 mod 257

16: 25116=2518+8=2518⋅2518 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 249 mod 257

32: 25132=25116+16=25116⋅25116 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 64 mod 257

64: 25164=25132+32=25132⋅25132 ≡ 64⋅64=4096 ≡ 241 mod 257

128: 251128=25164+64=25164⋅25164 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 256 mod 257

251243

= 251128+64+32+16+2+1

= 251128⋅25164⋅25132⋅25116⋅2512⋅2511

256 ⋅ 241 ⋅ 64 ⋅ 249 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257
61696 ⋅ 64 ⋅ 249 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257 ≡ 16 ⋅ 64 ⋅ 249 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257
1024 ⋅ 249 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257 ≡ 253 ⋅ 249 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257
62997 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257 ≡ 32 ⋅ 36 ⋅ 251 mod 257
1152 ⋅ 251 mod 257 ≡ 124 ⋅ 251 mod 257
31124 mod 257 ≡ 27 mod 257

Es gilt also: 251243 ≡ 27 mod 257

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 38.

Also bestimme x, so dass 38 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 38

=>101 = 2⋅38 + 25
=>38 = 1⋅25 + 13
=>25 = 1⋅13 + 12
=>13 = 1⋅12 + 1
=>12 = 12⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,38)=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= 13-1⋅12
12= 25-1⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅13 -1⋅(25 -1⋅ 13)
= 1⋅13 -1⋅25 +1⋅ 13)
= -1⋅25 +2⋅ 13 (=1)
13= 38-1⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅25 +2⋅(38 -1⋅ 25)
= -1⋅25 +2⋅38 -2⋅ 25)
= 2⋅38 -3⋅ 25 (=1)
25= 101-2⋅38 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 2⋅38 -3⋅(101 -2⋅ 38)
= 2⋅38 -3⋅101 +6⋅ 38)
= -3⋅101 +8⋅ 38 (=1)

Es gilt also: ggt(101,38)=1 = -3⋅101 +8⋅38

oder wenn man -3⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +3⋅101 = +8⋅38

Es gilt also: 8⋅38 = 3⋅101 +1

Somit 8⋅38 = 1 mod 101

8 ist also das Inverse von 38 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.