Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1407 + 28005) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1407 + 28005) mod 7 ≡ (1407 mod 7 + 28005 mod 7) mod 7.

1407 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1407 = 1400+7 = 7 ⋅ 200 +7.

28005 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 28005 = 28000+5 = 7 ⋅ 4000 +5.

Somit gilt:

(1407 + 28005) mod 7 ≡ (0 + 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (71 ⋅ 75) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(71 ⋅ 75) mod 7 ≡ (71 mod 7 ⋅ 75 mod 7) mod 7.

71 mod 7 ≡ 1 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 70 + 1 = 10 ⋅ 7 + 1 ist.

75 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 70 + 5 = 10 ⋅ 7 + 5 ist.

Somit gilt:

(71 ⋅ 75) mod 7 ≡ (1 ⋅ 5) mod 7 ≡ 5 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28932 mod 467.

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. 289 -> x
2. mod(x²,467) -> 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: 2891=289

2: 2892=2891+1=2891⋅2891 ≡ 289⋅289=83521 ≡ 395 mod 467

4: 2894=2892+2=2892⋅2892 ≡ 395⋅395=156025 ≡ 47 mod 467

8: 2898=2894+4=2894⋅2894 ≡ 47⋅47=2209 ≡ 341 mod 467

16: 28916=2898+8=2898⋅2898 ≡ 341⋅341=116281 ≡ 465 mod 467

32: 28932=28916+16=28916⋅28916 ≡ 465⋅465=216225 ≡ 4 mod 467

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55768 mod 911.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 68 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 68 an und zerlegen 68 in eine Summer von 2er-Potenzen:

68 = 64+4

1: 5571=557

2: 5572=5571+1=5571⋅5571 ≡ 557⋅557=310249 ≡ 509 mod 911

4: 5574=5572+2=5572⋅5572 ≡ 509⋅509=259081 ≡ 357 mod 911

8: 5578=5574+4=5574⋅5574 ≡ 357⋅357=127449 ≡ 820 mod 911

16: 55716=5578+8=5578⋅5578 ≡ 820⋅820=672400 ≡ 82 mod 911

32: 55732=55716+16=55716⋅55716 ≡ 82⋅82=6724 ≡ 347 mod 911

64: 55764=55732+32=55732⋅55732 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 157 mod 911

55768

= 55764+4

= 55764⋅5574

157 ⋅ 357 mod 911
56049 mod 911 ≡ 478 mod 911

Es gilt also: 55768 ≡ 478 mod 911

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 41.

Also bestimme x, so dass 41 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 41

=>53 = 1⋅41 + 12
=>41 = 3⋅12 + 5
=>12 = 2⋅5 + 2
=>5 = 2⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,41)=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= 5-2⋅2
2= 12-2⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -2⋅(12 -2⋅ 5)
= 1⋅5 -2⋅12 +4⋅ 5)
= -2⋅12 +5⋅ 5 (=1)
5= 41-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅12 +5⋅(41 -3⋅ 12)
= -2⋅12 +5⋅41 -15⋅ 12)
= 5⋅41 -17⋅ 12 (=1)
12= 53-1⋅41 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅41 -17⋅(53 -1⋅ 41)
= 5⋅41 -17⋅53 +17⋅ 41)
= -17⋅53 +22⋅ 41 (=1)

Es gilt also: ggt(53,41)=1 = -17⋅53 +22⋅41

oder wenn man -17⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 +17⋅53 = +22⋅41

Es gilt also: 22⋅41 = 17⋅53 +1

Somit 22⋅41 = 1 mod 53

22 ist also das Inverse von 41 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 79. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.