Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (7003 - 35000) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(7003 - 35000) mod 7 ≡ (7003 mod 7 - 35000 mod 7) mod 7.

7003 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 7003 = 7000+3 = 7 ⋅ 1000 +3.

35000 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 35000 = 35000+0 = 7 ⋅ 5000 +0.

Somit gilt:

(7003 - 35000) mod 7 ≡ (3 - 0) mod 7 ≡ 3 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (72 ⋅ 64) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(72 ⋅ 64) mod 8 ≡ (72 mod 8 ⋅ 64 mod 8) mod 8.

72 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 72 = 72 + 0 = 9 ⋅ 8 + 0 ist.

64 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 64 = 64 + 0 = 8 ⋅ 8 + 0 ist.

Somit gilt:

(72 ⋅ 64) mod 8 ≡ (0 ⋅ 0) mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 654128 mod 659.

Lösung einblenden

Die 128 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (27).

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. 654 -> x
2. mod(x²,659) -> 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: 6541=654

2: 6542=6541+1=6541⋅6541 ≡ 654⋅654=427716 ≡ 25 mod 659

4: 6544=6542+2=6542⋅6542 ≡ 25⋅25=625 ≡ 625 mod 659

8: 6548=6544+4=6544⋅6544 ≡ 625⋅625=390625 ≡ 497 mod 659

16: 65416=6548+8=6548⋅6548 ≡ 497⋅497=247009 ≡ 543 mod 659

32: 65432=65416+16=65416⋅65416 ≡ 543⋅543=294849 ≡ 276 mod 659

64: 65464=65432+32=65432⋅65432 ≡ 276⋅276=76176 ≡ 391 mod 659

128: 654128=65464+64=65464⋅65464 ≡ 391⋅391=152881 ≡ 652 mod 659

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 152210 mod 463.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 210 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 210 an und zerlegen 210 in eine Summer von 2er-Potenzen:

210 = 128+64+16+2

1: 1521=152

2: 1522=1521+1=1521⋅1521 ≡ 152⋅152=23104 ≡ 417 mod 463

4: 1524=1522+2=1522⋅1522 ≡ 417⋅417=173889 ≡ 264 mod 463

8: 1528=1524+4=1524⋅1524 ≡ 264⋅264=69696 ≡ 246 mod 463

16: 15216=1528+8=1528⋅1528 ≡ 246⋅246=60516 ≡ 326 mod 463

32: 15232=15216+16=15216⋅15216 ≡ 326⋅326=106276 ≡ 249 mod 463

64: 15264=15232+32=15232⋅15232 ≡ 249⋅249=62001 ≡ 422 mod 463

128: 152128=15264+64=15264⋅15264 ≡ 422⋅422=178084 ≡ 292 mod 463

152210

= 152128+64+16+2

= 152128⋅15264⋅15216⋅1522

292 ⋅ 422 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463
123224 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463 ≡ 66 ⋅ 326 ⋅ 417 mod 463
21516 ⋅ 417 mod 463 ≡ 218 ⋅ 417 mod 463
90906 mod 463 ≡ 158 mod 463

Es gilt also: 152210 ≡ 158 mod 463

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 47

=>59 = 1⋅47 + 12
=>47 = 3⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,47)=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= 12-1⋅11
11= 47-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(47 -3⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅47 +3⋅ 12)
= -1⋅47 +4⋅ 12 (=1)
12= 59-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +4⋅(59 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +4⋅59 -4⋅ 47)
= 4⋅59 -5⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(59,47)=1 = 4⋅59 -5⋅47

oder wenn man 4⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅59 = -5⋅47

-5⋅47 = -4⋅59 + 1 |+59⋅47

-5⋅47 + 59⋅47 = -4⋅59 + 59⋅47 + 1

(-5 + 59) ⋅ 47 = (-4 + 47) ⋅ 59 + 1

54⋅47 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 54⋅47 = 43⋅59 +1

Somit 54⋅47 = 1 mod 59

54 ist also das Inverse von 47 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 41 und q = 89. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.