Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1797 - 23995) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1797 - 23995) mod 6 ≡ (1797 mod 6 - 23995 mod 6) mod 6.

1797 mod 6 ≡ 3 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1797 = 1800-3 = 6 ⋅ 300 -3 = 6 ⋅ 300 - 6 + 3.

23995 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 23995 = 24000-5 = 6 ⋅ 4000 -5 = 6 ⋅ 4000 - 6 + 1.

Somit gilt:

(1797 - 23995) mod 6 ≡ (3 - 1) mod 6 ≡ 2 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (58 ⋅ 51) mod 10.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(58 ⋅ 51) mod 10 ≡ (58 mod 10 ⋅ 51 mod 10) mod 10.

58 mod 10 ≡ 8 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 58 = 50 + 8 = 5 ⋅ 10 + 8 ist.

51 mod 10 ≡ 1 mod 10 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 51 = 50 + 1 = 5 ⋅ 10 + 1 ist.

Somit gilt:

(58 ⋅ 51) mod 10 ≡ (8 ⋅ 1) mod 10 ≡ 8 mod 10.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 46432 mod 601.

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. 464 -> x
2. mod(x²,601) -> 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: 4641=464

2: 4642=4641+1=4641⋅4641 ≡ 464⋅464=215296 ≡ 138 mod 601

4: 4644=4642+2=4642⋅4642 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 413 mod 601

8: 4648=4644+4=4644⋅4644 ≡ 413⋅413=170569 ≡ 486 mod 601

16: 46416=4648+8=4648⋅4648 ≡ 486⋅486=236196 ≡ 3 mod 601

32: 46432=46416+16=46416⋅46416 ≡ 3⋅3=9 ≡ 9 mod 601

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 689220 mod 941.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 220 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 220 an und zerlegen 220 in eine Summer von 2er-Potenzen:

220 = 128+64+16+8+4

1: 6891=689

2: 6892=6891+1=6891⋅6891 ≡ 689⋅689=474721 ≡ 457 mod 941

4: 6894=6892+2=6892⋅6892 ≡ 457⋅457=208849 ≡ 888 mod 941

8: 6898=6894+4=6894⋅6894 ≡ 888⋅888=788544 ≡ 927 mod 941

16: 68916=6898+8=6898⋅6898 ≡ 927⋅927=859329 ≡ 196 mod 941

32: 68932=68916+16=68916⋅68916 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 776 mod 941

64: 68964=68932+32=68932⋅68932 ≡ 776⋅776=602176 ≡ 877 mod 941

128: 689128=68964+64=68964⋅68964 ≡ 877⋅877=769129 ≡ 332 mod 941

689220

= 689128+64+16+8+4

= 689128⋅68964⋅68916⋅6898⋅6894

≡ 332 ⋅ 877 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 291164 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941 ≡ 395 ⋅ 196 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 77420 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941 ≡ 258 ⋅ 927 ⋅ 888 mod 941
≡ 239166 ⋅ 888 mod 941 ≡ 152 ⋅ 888 mod 941
≡ 134976 mod 941 ≡ 413 mod 941

Es gilt also: 689220 ≡ 413 mod 941

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-59-Inverse zur Zahl 47.

Also bestimme x, so dass 47 ⋅ x ≡ 1 mod 59 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 59 und 47

=>59 = 1⋅47 + 12
=>47 = 3⋅12 + 11
=>12 = 1⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(59,47)=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= 12-1⋅11
11= 47-3⋅12 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅12 -1⋅(47 -3⋅ 12)
= 1⋅12 -1⋅47 +3⋅ 12)
= -1⋅47 +4⋅ 12 (=1)
12= 59-1⋅47 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅47 +4⋅(59 -1⋅ 47)
= -1⋅47 +4⋅59 -4⋅ 47)
= 4⋅59 -5⋅ 47 (=1)

Es gilt also: ggt(59,47)=1 = 4⋅59 -5⋅47

oder wenn man 4⋅59 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅59 = -5⋅47

-5⋅47 = -4⋅59 + 1 |+59⋅47

-5⋅47 + 59⋅47 = -4⋅59 + 59⋅47 + 1

(-5 + 59) ⋅ 47 = (-4 + 47) ⋅ 59 + 1

54⋅47 = 43⋅59 + 1

Es gilt also: 54⋅47 = 43⋅59 +1

Somit 54⋅47 = 1 mod 59

54 ist also das Inverse von 47 mod 59

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 71. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.