Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (13997 - 702) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(13997 - 702) mod 7 ≡ (13997 mod 7 - 702 mod 7) mod 7.

13997 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 13997 = 14000-3 = 7 ⋅ 2000 -3 = 7 ⋅ 2000 - 7 + 4.

702 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 702 = 700+2 = 7 ⋅ 100 +2.

Somit gilt:

(13997 - 702) mod 7 ≡ (4 - 2) mod 7 ≡ 2 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (92 ⋅ 94) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(92 ⋅ 94) mod 3 ≡ (92 mod 3 ⋅ 94 mod 3) mod 3.

92 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 92 = 90 + 2 = 30 ⋅ 3 + 2 ist.

94 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 93 + 1 = 31 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(92 ⋅ 94) mod 3 ≡ (2 ⋅ 1) mod 3 ≡ 2 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 44932 mod 827.

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. 449 -> x
2. mod(x²,827) -> 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: 4491=449

2: 4492=4491+1=4491⋅4491 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 640 mod 827

4: 4494=4492+2=4492⋅4492 ≡ 640⋅640=409600 ≡ 235 mod 827

8: 4498=4494+4=4494⋅4494 ≡ 235⋅235=55225 ≡ 643 mod 827

16: 44916=4498+8=4498⋅4498 ≡ 643⋅643=413449 ≡ 776 mod 827

32: 44932=44916+16=44916⋅44916 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 120 mod 827

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 639245 mod 1009.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 245 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 245 an und zerlegen 245 in eine Summer von 2er-Potenzen:

245 = 128+64+32+16+4+1

1: 6391=639

2: 6392=6391+1=6391⋅6391 ≡ 639⋅639=408321 ≡ 685 mod 1009

4: 6394=6392+2=6392⋅6392 ≡ 685⋅685=469225 ≡ 40 mod 1009

8: 6398=6394+4=6394⋅6394 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 591 mod 1009

16: 63916=6398+8=6398⋅6398 ≡ 591⋅591=349281 ≡ 167 mod 1009

32: 63932=63916+16=63916⋅63916 ≡ 167⋅167=27889 ≡ 646 mod 1009

64: 63964=63932+32=63932⋅63932 ≡ 646⋅646=417316 ≡ 599 mod 1009

128: 639128=63964+64=63964⋅63964 ≡ 599⋅599=358801 ≡ 606 mod 1009

639245

= 639128+64+32+16+4+1

= 639128⋅63964⋅63932⋅63916⋅6394⋅6391

606 ⋅ 599 ⋅ 646 ⋅ 167 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009
362994 ⋅ 646 ⋅ 167 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009 ≡ 763 ⋅ 646 ⋅ 167 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009
492898 ⋅ 167 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009 ≡ 506 ⋅ 167 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009
84502 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009 ≡ 755 ⋅ 40 ⋅ 639 mod 1009
30200 ⋅ 639 mod 1009 ≡ 939 ⋅ 639 mod 1009
600021 mod 1009 ≡ 675 mod 1009

Es gilt also: 639245 ≡ 675 mod 1009

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-73-Inverse zur Zahl 26.

Also bestimme x, so dass 26 ⋅ x ≡ 1 mod 73 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 73 und 26

=>73 = 2⋅26 + 21
=>26 = 1⋅21 + 5
=>21 = 4⋅5 + 1
=>5 = 5⋅1 + 0

also gilt: ggt(73,26)=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= 21-4⋅5
5= 26-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -4⋅(26 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -4⋅26 +4⋅ 21)
= -4⋅26 +5⋅ 21 (=1)
21= 73-2⋅26 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅26 +5⋅(73 -2⋅ 26)
= -4⋅26 +5⋅73 -10⋅ 26)
= 5⋅73 -14⋅ 26 (=1)

Es gilt also: ggt(73,26)=1 = 5⋅73 -14⋅26

oder wenn man 5⋅73 auf die linke Seite bringt:

1 -5⋅73 = -14⋅26

-14⋅26 = -5⋅73 + 1 |+73⋅26

-14⋅26 + 73⋅26 = -5⋅73 + 73⋅26 + 1

(-14 + 73) ⋅ 26 = (-5 + 26) ⋅ 73 + 1

59⋅26 = 21⋅73 + 1

Es gilt also: 59⋅26 = 21⋅73 +1

Somit 59⋅26 = 1 mod 73

59 ist also das Inverse von 26 mod 73

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 53 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.