Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (27994 + 74) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(27994 + 74) mod 7 ≡ (27994 mod 7 + 74 mod 7) mod 7.

27994 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27994 = 28000-6 = 7 ⋅ 4000 -6 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 1.

74 mod 7 ≡ 4 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 70+4 = 7 ⋅ 10 +4.

Somit gilt:

(27994 + 74) mod 7 ≡ (1 + 4) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (48 ⋅ 46) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(48 ⋅ 46) mod 4 ≡ (48 mod 4 ⋅ 46 mod 4) mod 4.

48 mod 4 ≡ 0 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 48 = 48 + 0 = 12 ⋅ 4 + 0 ist.

46 mod 4 ≡ 2 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 44 + 2 = 11 ⋅ 4 + 2 ist.

Somit gilt:

(48 ⋅ 46) mod 4 ≡ (0 ⋅ 2) mod 4 ≡ 0 mod 4.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 51064 mod 521.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 510 -> x
2. mod(x²,521) -> 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: 5101=510

2: 5102=5101+1=5101⋅5101 ≡ 510⋅510=260100 ≡ 121 mod 521

4: 5104=5102+2=5102⋅5102 ≡ 121⋅121=14641 ≡ 53 mod 521

8: 5108=5104+4=5104⋅5104 ≡ 53⋅53=2809 ≡ 204 mod 521

16: 51016=5108+8=5108⋅5108 ≡ 204⋅204=41616 ≡ 457 mod 521

32: 51032=51016+16=51016⋅51016 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 449 mod 521

64: 51064=51032+32=51032⋅51032 ≡ 449⋅449=201601 ≡ 495 mod 521

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 157115 mod 331.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 115 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 115 an und zerlegen 115 in eine Summer von 2er-Potenzen:

115 = 64+32+16+2+1

1: 1571=157

2: 1572=1571+1=1571⋅1571 ≡ 157⋅157=24649 ≡ 155 mod 331

4: 1574=1572+2=1572⋅1572 ≡ 155⋅155=24025 ≡ 193 mod 331

8: 1578=1574+4=1574⋅1574 ≡ 193⋅193=37249 ≡ 177 mod 331

16: 15716=1578+8=1578⋅1578 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 215 mod 331

32: 15732=15716+16=15716⋅15716 ≡ 215⋅215=46225 ≡ 216 mod 331

64: 15764=15732+32=15732⋅15732 ≡ 216⋅216=46656 ≡ 316 mod 331

157115

= 15764+32+16+2+1

= 15764⋅15732⋅15716⋅1572⋅1571

316 ⋅ 216 ⋅ 215 ⋅ 155 ⋅ 157 mod 331
68256 ⋅ 215 ⋅ 155 ⋅ 157 mod 331 ≡ 70 ⋅ 215 ⋅ 155 ⋅ 157 mod 331
15050 ⋅ 155 ⋅ 157 mod 331 ≡ 155 ⋅ 155 ⋅ 157 mod 331
24025 ⋅ 157 mod 331 ≡ 193 ⋅ 157 mod 331
30301 mod 331 ≡ 180 mod 331

Es gilt also: 157115 ≡ 180 mod 331

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 25.

Also bestimme x, so dass 25 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 25

=>59 = 2⋅25 + 9
=>25 = 2⋅9 + 7
=>9 = 1⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,25)=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= 7-3⋅2
2= 9-1⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(9 -1⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅9 +3⋅ 7)
= -3⋅9 +4⋅ 7 (=1)
7= 25-2⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅9 +4⋅(25 -2⋅ 9)
= -3⋅9 +4⋅25 -8⋅ 9)
= 4⋅25 -11⋅ 9 (=1)
9= 59-2⋅25 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅25 -11⋅(59 -2⋅ 25)
= 4⋅25 -11⋅59 +22⋅ 25)
= -11⋅59 +26⋅ 25 (=1)

Es gilt also: ggt(59,25)=1 = -11⋅59 +26⋅25

oder wenn man -11⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅59 = +26⋅25

Es gilt also: 26⋅25 = 11⋅59 +1

Somit 26⋅25 = 1 mod 59

26 ist also das Inverse von 25 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 31 und q = 41. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.