Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (60 - 32) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(60 - 32) mod 3 ≡ (60 mod 3 - 32 mod 3) mod 3.

60 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60+0 = 3 ⋅ 20 +0.

32 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 32 = 30+2 = 3 ⋅ 10 +2.

Somit gilt:

(60 - 32) mod 3 ≡ (0 - 2) mod 3 ≡ -2 mod 3 ≡ 1 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (18 ⋅ 95) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(18 ⋅ 95) mod 10 ≡ (18 mod 10 ⋅ 95 mod 10) mod 10.

18 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 18 = 10 + 8 = 1 ⋅ 10 + 8 ist.

95 mod 10 ≡ 5 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 95 = 90 + 5 = 9 ⋅ 10 + 5 ist.

Somit gilt:

(18 ⋅ 95) mod 10 ≡ (8 ⋅ 5) mod 10 ≡ 40 mod 10 ≡ 0 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 605128 mod 929.

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. 605 -> x
2. mod(x²,929) -> 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: 6051=605

2: 6052=6051+1=6051⋅6051 ≡ 605⋅605=366025 ≡ 928 mod 929

4: 6054=6052+2=6052⋅6052 ≡ 928⋅928=861184 ≡ 1 mod 929

8: 6058=6054+4=6054⋅6054 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 929

16: 60516=6058+8=6058⋅6058 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 929

32: 60532=60516+16=60516⋅60516 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 929

64: 60564=60532+32=60532⋅60532 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 929

128: 605128=60564+64=60564⋅60564 ≡ 1⋅1=1 ≡ 1 mod 929

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 311201 mod 877.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 201 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 201 an und zerlegen 201 in eine Summer von 2er-Potenzen:

201 = 128+64+8+1

1: 3111=311

2: 3112=3111+1=3111⋅3111 ≡ 311⋅311=96721 ≡ 251 mod 877

4: 3114=3112+2=3112⋅3112 ≡ 251⋅251=63001 ≡ 734 mod 877

8: 3118=3114+4=3114⋅3114 ≡ 734⋅734=538756 ≡ 278 mod 877

16: 31116=3118+8=3118⋅3118 ≡ 278⋅278=77284 ≡ 108 mod 877

32: 31132=31116+16=31116⋅31116 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 263 mod 877

64: 31164=31132+32=31132⋅31132 ≡ 263⋅263=69169 ≡ 763 mod 877

128: 311128=31164+64=31164⋅31164 ≡ 763⋅763=582169 ≡ 718 mod 877

311201

= 311128+64+8+1

= 311128⋅31164⋅3118⋅3111

718 ⋅ 763 ⋅ 278 ⋅ 311 mod 877
547834 ⋅ 278 ⋅ 311 mod 877 ≡ 586 ⋅ 278 ⋅ 311 mod 877
162908 ⋅ 311 mod 877 ≡ 663 ⋅ 311 mod 877
206193 mod 877 ≡ 98 mod 877

Es gilt also: 311201 ≡ 98 mod 877

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 72.

Also bestimme x, so dass 72 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 72

=>89 = 1⋅72 + 17
=>72 = 4⋅17 + 4
=>17 = 4⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,72)=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= 17-4⋅4
4= 72-4⋅17 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅17 -4⋅(72 -4⋅ 17)
= 1⋅17 -4⋅72 +16⋅ 17)
= -4⋅72 +17⋅ 17 (=1)
17= 89-1⋅72 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -4⋅72 +17⋅(89 -1⋅ 72)
= -4⋅72 +17⋅89 -17⋅ 72)
= 17⋅89 -21⋅ 72 (=1)

Es gilt also: ggt(89,72)=1 = 17⋅89 -21⋅72

oder wenn man 17⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -17⋅89 = -21⋅72

-21⋅72 = -17⋅89 + 1 |+89⋅72

-21⋅72 + 89⋅72 = -17⋅89 + 89⋅72 + 1

(-21 + 89) ⋅ 72 = (-17 + 72) ⋅ 89 + 1

68⋅72 = 55⋅89 + 1

Es gilt also: 68⋅72 = 55⋅89 +1

Somit 68⋅72 = 1 mod 89

68 ist also das Inverse von 72 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 101 und q = 73. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.