Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (210 - 66) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(210 - 66) mod 7 ≡ (210 mod 7 - 66 mod 7) mod 7.

210 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 210 = 210+0 = 7 ⋅ 30 +0.

66 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 66 = 70-4 = 7 ⋅ 10 -4 = 7 ⋅ 10 - 7 + 3.

Somit gilt:

(210 - 66) mod 7 ≡ (0 - 3) mod 7 ≡ -3 mod 7 ≡ 4 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (34 ⋅ 58) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(34 ⋅ 58) mod 3 ≡ (34 mod 3 ⋅ 58 mod 3) mod 3.

34 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 34 = 33 + 1 = 11 ⋅ 3 + 1 ist.

58 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 57 + 1 = 19 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(34 ⋅ 58) mod 3 ≡ (1 ⋅ 1) mod 3 ≡ 1 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 217128 mod 571.

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. 217 -> x
2. mod(x²,571) -> 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: 2171=217

2: 2172=2171+1=2171⋅2171 ≡ 217⋅217=47089 ≡ 267 mod 571

4: 2174=2172+2=2172⋅2172 ≡ 267⋅267=71289 ≡ 485 mod 571

8: 2178=2174+4=2174⋅2174 ≡ 485⋅485=235225 ≡ 544 mod 571

16: 21716=2178+8=2178⋅2178 ≡ 544⋅544=295936 ≡ 158 mod 571

32: 21732=21716+16=21716⋅21716 ≡ 158⋅158=24964 ≡ 411 mod 571

64: 21764=21732+32=21732⋅21732 ≡ 411⋅411=168921 ≡ 476 mod 571

128: 217128=21764+64=21764⋅21764 ≡ 476⋅476=226576 ≡ 460 mod 571

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 29091 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 91 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 91 an und zerlegen 91 in eine Summer von 2er-Potenzen:

91 = 64+16+8+2+1

1: 2901=290

2: 2902=2901+1=2901⋅2901 ≡ 290⋅290=84100 ≡ 9 mod 293

4: 2904=2902+2=2902⋅2902 ≡ 9⋅9=81 ≡ 81 mod 293

8: 2908=2904+4=2904⋅2904 ≡ 81⋅81=6561 ≡ 115 mod 293

16: 29016=2908+8=2908⋅2908 ≡ 115⋅115=13225 ≡ 40 mod 293

32: 29032=29016+16=29016⋅29016 ≡ 40⋅40=1600 ≡ 135 mod 293

64: 29064=29032+32=29032⋅29032 ≡ 135⋅135=18225 ≡ 59 mod 293

29091

= 29064+16+8+2+1

= 29064⋅29016⋅2908⋅2902⋅2901

59 ⋅ 40 ⋅ 115 ⋅ 9 ⋅ 290 mod 293
2360 ⋅ 115 ⋅ 9 ⋅ 290 mod 293 ≡ 16 ⋅ 115 ⋅ 9 ⋅ 290 mod 293
1840 ⋅ 9 ⋅ 290 mod 293 ≡ 82 ⋅ 9 ⋅ 290 mod 293
738 ⋅ 290 mod 293 ≡ 152 ⋅ 290 mod 293
44080 mod 293 ≡ 130 mod 293

Es gilt also: 29091 ≡ 130 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-67-Inverse zur Zahl 44.

Also bestimme x, so dass 44 ⋅ x ≡ 1 mod 67 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 67 und 44

=>67 = 1⋅44 + 23
=>44 = 1⋅23 + 21
=>23 = 1⋅21 + 2
=>21 = 10⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(67,44)=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= 21-10⋅2
2= 23-1⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅21 -10⋅(23 -1⋅ 21)
= 1⋅21 -10⋅23 +10⋅ 21)
= -10⋅23 +11⋅ 21 (=1)
21= 44-1⋅23 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -10⋅23 +11⋅(44 -1⋅ 23)
= -10⋅23 +11⋅44 -11⋅ 23)
= 11⋅44 -21⋅ 23 (=1)
23= 67-1⋅44 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 11⋅44 -21⋅(67 -1⋅ 44)
= 11⋅44 -21⋅67 +21⋅ 44)
= -21⋅67 +32⋅ 44 (=1)

Es gilt also: ggt(67,44)=1 = -21⋅67 +32⋅44

oder wenn man -21⋅67 auf die linke Seite bringt:

1 +21⋅67 = +32⋅44

Es gilt also: 32⋅44 = 21⋅67 +1

Somit 32⋅44 = 1 mod 67

32 ist also das Inverse von 44 mod 67

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 61 und q = 97. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.