Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 + 3494) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 + 3494) mod 7 ≡ (70 mod 7 + 3494 mod 7) mod 7.

70 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 70+0 = 7 ⋅ 10 +0.

3494 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 3494 = 3500-6 = 7 ⋅ 500 -6 = 7 ⋅ 500 - 7 + 1.

Somit gilt:

(70 + 3494) mod 7 ≡ (0 + 1) mod 7 ≡ 1 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 50) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 50) mod 3 ≡ (57 mod 3 ⋅ 50 mod 3) mod 3.

57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 57 + 0 = 19 ⋅ 3 + 0 ist.

50 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 50 = 48 + 2 = 16 ⋅ 3 + 2 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 50) mod 3 ≡ (0 ⋅ 2) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 61932 mod 751.

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. 619 -> x
2. mod(x²,751) -> 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: 6191=619

2: 6192=6191+1=6191⋅6191 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 151 mod 751

4: 6194=6192+2=6192⋅6192 ≡ 151⋅151=22801 ≡ 271 mod 751

8: 6198=6194+4=6194⋅6194 ≡ 271⋅271=73441 ≡ 594 mod 751

16: 61916=6198+8=6198⋅6198 ≡ 594⋅594=352836 ≡ 617 mod 751

32: 61932=61916+16=61916⋅61916 ≡ 617⋅617=380689 ≡ 683 mod 751

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 75159 mod 251.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 159 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 159 an und zerlegen 159 in eine Summer von 2er-Potenzen:

159 = 128+16+8+4+2+1

1: 751=75

2: 752=751+1=751⋅751 ≡ 75⋅75=5625 ≡ 103 mod 251

4: 754=752+2=752⋅752 ≡ 103⋅103=10609 ≡ 67 mod 251

8: 758=754+4=754⋅754 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 222 mod 251

16: 7516=758+8=758⋅758 ≡ 222⋅222=49284 ≡ 88 mod 251

32: 7532=7516+16=7516⋅7516 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 214 mod 251

64: 7564=7532+32=7532⋅7532 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 114 mod 251

128: 75128=7564+64=7564⋅7564 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 195 mod 251

75159

= 75128+16+8+4+2+1

= 75128⋅7516⋅758⋅754⋅752⋅751

195 ⋅ 88 ⋅ 222 ⋅ 67 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251
17160 ⋅ 222 ⋅ 67 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251 ≡ 92 ⋅ 222 ⋅ 67 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251
20424 ⋅ 67 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251 ≡ 93 ⋅ 67 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251
6231 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251 ≡ 207 ⋅ 103 ⋅ 75 mod 251
21321 ⋅ 75 mod 251 ≡ 237 ⋅ 75 mod 251
17775 mod 251 ≡ 205 mod 251

Es gilt also: 75159 ≡ 205 mod 251

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-71-Inverse zur Zahl 37.

Also bestimme x, so dass 37 ⋅ x ≡ 1 mod 71 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 71 und 37

=>71 = 1⋅37 + 34
=>37 = 1⋅34 + 3
=>34 = 11⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(71,37)=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= 34-11⋅3
3= 37-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -11⋅(37 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -11⋅37 +11⋅ 34)
= -11⋅37 +12⋅ 34 (=1)
34= 71-1⋅37 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -11⋅37 +12⋅(71 -1⋅ 37)
= -11⋅37 +12⋅71 -12⋅ 37)
= 12⋅71 -23⋅ 37 (=1)

Es gilt also: ggt(71,37)=1 = 12⋅71 -23⋅37

oder wenn man 12⋅71 auf die linke Seite bringt:

1 -12⋅71 = -23⋅37

-23⋅37 = -12⋅71 + 1 |+71⋅37

-23⋅37 + 71⋅37 = -12⋅71 + 71⋅37 + 1

(-23 + 71) ⋅ 37 = (-12 + 37) ⋅ 71 + 1

48⋅37 = 25⋅71 + 1

Es gilt also: 48⋅37 = 25⋅71 +1

Somit 48⋅37 = 1 mod 71

48 ist also das Inverse von 37 mod 71

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.