Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (26991 + 44994) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(26991 + 44994) mod 9 ≡ (26991 mod 9 + 44994 mod 9) mod 9.

26991 mod 9 ≡ 0 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 26991 = 27000-9 = 9 ⋅ 3000 -9 = 9 ⋅ 3000 - 9 + 0.

44994 mod 9 ≡ 3 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 44994 = 45000-6 = 9 ⋅ 5000 -6 = 9 ⋅ 5000 - 9 + 3.

Somit gilt:

(26991 + 44994) mod 9 ≡ (0 + 3) mod 9 ≡ 3 mod 9.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 75) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 75) mod 6 ≡ (34 mod 6 ⋅ 75 mod 6) mod 6.

34 mod 6 ≡ 4 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 30 + 4 = 5 ⋅ 6 + 4 ist.

75 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 75 = 72 + 3 = 12 ⋅ 6 + 3 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 75) mod 6 ≡ (4 ⋅ 3) mod 6 ≡ 12 mod 6 ≡ 0 mod 6.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 164128 mod 457.

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. 164 -> x
2. mod(x²,457) -> 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: 1641=164

2: 1642=1641+1=1641⋅1641 ≡ 164⋅164=26896 ≡ 390 mod 457

4: 1644=1642+2=1642⋅1642 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 376 mod 457

8: 1648=1644+4=1644⋅1644 ≡ 376⋅376=141376 ≡ 163 mod 457

16: 16416=1648+8=1648⋅1648 ≡ 163⋅163=26569 ≡ 63 mod 457

32: 16432=16416+16=16416⋅16416 ≡ 63⋅63=3969 ≡ 313 mod 457

64: 16464=16432+32=16432⋅16432 ≡ 313⋅313=97969 ≡ 171 mod 457

128: 164128=16464+64=16464⋅16464 ≡ 171⋅171=29241 ≡ 450 mod 457

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 231200 mod 557.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 200 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 200 an und zerlegen 200 in eine Summer von 2er-Potenzen:

200 = 128+64+8

1: 2311=231

2: 2312=2311+1=2311⋅2311 ≡ 231⋅231=53361 ≡ 446 mod 557

4: 2314=2312+2=2312⋅2312 ≡ 446⋅446=198916 ≡ 67 mod 557

8: 2318=2314+4=2314⋅2314 ≡ 67⋅67=4489 ≡ 33 mod 557

16: 23116=2318+8=2318⋅2318 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 532 mod 557

32: 23132=23116+16=23116⋅23116 ≡ 532⋅532=283024 ≡ 68 mod 557

64: 23164=23132+32=23132⋅23132 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 168 mod 557

128: 231128=23164+64=23164⋅23164 ≡ 168⋅168=28224 ≡ 374 mod 557

231200

= 231128+64+8

= 231128⋅23164⋅2318

374 ⋅ 168 ⋅ 33 mod 557
62832 ⋅ 33 mod 557 ≡ 448 ⋅ 33 mod 557
14784 mod 557 ≡ 302 mod 557

Es gilt also: 231200 ≡ 302 mod 557

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 34.

Also bestimme x, so dass 34 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 34

=>83 = 2⋅34 + 15
=>34 = 2⋅15 + 4
=>15 = 3⋅4 + 3
=>4 = 1⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,34)=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= 4-1⋅3
3= 15-3⋅4 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅4 -1⋅(15 -3⋅ 4)
= 1⋅4 -1⋅15 +3⋅ 4)
= -1⋅15 +4⋅ 4 (=1)
4= 34-2⋅15 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅15 +4⋅(34 -2⋅ 15)
= -1⋅15 +4⋅34 -8⋅ 15)
= 4⋅34 -9⋅ 15 (=1)
15= 83-2⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 4⋅34 -9⋅(83 -2⋅ 34)
= 4⋅34 -9⋅83 +18⋅ 34)
= -9⋅83 +22⋅ 34 (=1)

Es gilt also: ggt(83,34)=1 = -9⋅83 +22⋅34

oder wenn man -9⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 +9⋅83 = +22⋅34

Es gilt also: 22⋅34 = 9⋅83 +1

Somit 22⋅34 = 1 mod 83

22 ist also das Inverse von 34 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 97 und q = 53. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.