Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (29994 + 2401) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(29994 + 2401) mod 6 ≡ (29994 mod 6 + 2401 mod 6) mod 6.

29994 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 29994 = 30000-6 = 6 ⋅ 5000 -6 = 6 ⋅ 5000 - 6 + 0.

2401 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2401 = 2400+1 = 6 ⋅ 400 +1.

Somit gilt:

(29994 + 2401) mod 6 ≡ (0 + 1) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (46 ⋅ 53) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(46 ⋅ 53) mod 9 ≡ (46 mod 9 ⋅ 53 mod 9) mod 9.

46 mod 9 ≡ 1 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 46 = 45 + 1 = 5 ⋅ 9 + 1 ist.

53 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 53 = 45 + 8 = 5 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(46 ⋅ 53) mod 9 ≡ (1 ⋅ 8) mod 9 ≡ 8 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 5728 mod 757.

Lösung einblenden

Die 8 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (23).

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. 572 -> x
2. mod(x²,757) -> 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: 5721=572

2: 5722=5721+1=5721⋅5721 ≡ 572⋅572=327184 ≡ 160 mod 757

4: 5724=5722+2=5722⋅5722 ≡ 160⋅160=25600 ≡ 619 mod 757

8: 5728=5724+4=5724⋅5724 ≡ 619⋅619=383161 ≡ 119 mod 757

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 764193 mod 829.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 193 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 193 an und zerlegen 193 in eine Summer von 2er-Potenzen:

193 = 128+64+1

1: 7641=764

2: 7642=7641+1=7641⋅7641 ≡ 764⋅764=583696 ≡ 80 mod 829

4: 7644=7642+2=7642⋅7642 ≡ 80⋅80=6400 ≡ 597 mod 829

8: 7648=7644+4=7644⋅7644 ≡ 597⋅597=356409 ≡ 768 mod 829

16: 76416=7648+8=7648⋅7648 ≡ 768⋅768=589824 ≡ 405 mod 829

32: 76432=76416+16=76416⋅76416 ≡ 405⋅405=164025 ≡ 712 mod 829

64: 76464=76432+32=76432⋅76432 ≡ 712⋅712=506944 ≡ 425 mod 829

128: 764128=76464+64=76464⋅76464 ≡ 425⋅425=180625 ≡ 732 mod 829

764193

= 764128+64+1

= 764128⋅76464⋅7641

732 ⋅ 425 ⋅ 764 mod 829
311100 ⋅ 764 mod 829 ≡ 225 ⋅ 764 mod 829
171900 mod 829 ≡ 297 mod 829

Es gilt also: 764193 ≡ 297 mod 829

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 40.

Also bestimme x, so dass 40 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 40

=>67 = 1⋅40 + 27
=>40 = 1⋅27 + 13
=>27 = 2⋅13 + 1
=>13 = 13⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,40)=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= 27-2⋅13
13= 40-1⋅27 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅27 -2⋅(40 -1⋅ 27)
= 1⋅27 -2⋅40 +2⋅ 27)
= -2⋅40 +3⋅ 27 (=1)
27= 67-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅40 +3⋅(67 -1⋅ 40)
= -2⋅40 +3⋅67 -3⋅ 40)
= 3⋅67 -5⋅ 40 (=1)

Es gilt also: ggt(67,40)=1 = 3⋅67 -5⋅40

oder wenn man 3⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 -3⋅67 = -5⋅40

-5⋅40 = -3⋅67 + 1 |+67⋅40

-5⋅40 + 67⋅40 = -3⋅67 + 67⋅40 + 1

(-5 + 67) ⋅ 40 = (-3 + 40) ⋅ 67 + 1

62⋅40 = 37⋅67 + 1

Es gilt also: 62⋅40 = 37⋅67 +1

Somit 62⋅40 = 1 mod 67

62 ist also das Inverse von 40 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 47. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.