Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (20001 + 5002) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(20001 + 5002) mod 5 ≡ (20001 mod 5 + 5002 mod 5) mod 5.

20001 mod 5 ≡ 1 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 20001 = 20000+1 = 5 ⋅ 4000 +1.

5002 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 5002 = 5000+2 = 5 ⋅ 1000 +2.

Somit gilt:

(20001 + 5002) mod 5 ≡ (1 + 2) mod 5 ≡ 3 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (74 ⋅ 69) mod 11.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(74 ⋅ 69) mod 11 ≡ (74 mod 11 ⋅ 69 mod 11) mod 11.

74 mod 11 ≡ 8 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 74 = 66 + 8 = 6 ⋅ 11 + 8 ist.

69 mod 11 ≡ 3 mod 11 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 69 = 66 + 3 = 6 ⋅ 11 + 3 ist.

Somit gilt:

(74 ⋅ 69) mod 11 ≡ (8 ⋅ 3) mod 11 ≡ 24 mod 11 ≡ 2 mod 11.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 24232 mod 349.

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. 242 -> x
2. mod(x²,349) -> 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: 2421=242

2: 2422=2421+1=2421⋅2421 ≡ 242⋅242=58564 ≡ 281 mod 349

4: 2424=2422+2=2422⋅2422 ≡ 281⋅281=78961 ≡ 87 mod 349

8: 2428=2424+4=2424⋅2424 ≡ 87⋅87=7569 ≡ 240 mod 349

16: 24216=2428+8=2428⋅2428 ≡ 240⋅240=57600 ≡ 15 mod 349

32: 24232=24216+16=24216⋅24216 ≡ 15⋅15=225 ≡ 225 mod 349

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 428238 mod 563.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 238 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 238 an und zerlegen 238 in eine Summer von 2er-Potenzen:

238 = 128+64+32+8+4+2

1: 4281=428

2: 4282=4281+1=4281⋅4281 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 209 mod 563

4: 4284=4282+2=4282⋅4282 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 330 mod 563

8: 4288=4284+4=4284⋅4284 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 241 mod 563

16: 42816=4288+8=4288⋅4288 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 92 mod 563

32: 42832=42816+16=42816⋅42816 ≡ 92⋅92=8464 ≡ 19 mod 563

64: 42864=42832+32=42832⋅42832 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 563

128: 428128=42864+64=42864⋅42864 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 268 mod 563

428238

= 428128+64+32+8+4+2

= 428128⋅42864⋅42832⋅4288⋅4284⋅4282

268 ⋅ 361 ⋅ 19 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
96748 ⋅ 19 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563 ≡ 475 ⋅ 19 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
9025 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563 ≡ 17 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
4097 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563 ≡ 156 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
51480 ⋅ 209 mod 563 ≡ 247 ⋅ 209 mod 563
51623 mod 563 ≡ 390 mod 563

Es gilt also: 428238 ≡ 390 mod 563

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-61-Inverse zur Zahl 48.

Also bestimme x, so dass 48 ⋅ x ≡ 1 mod 61 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 61 und 48

=>61 = 1⋅48 + 13
=>48 = 3⋅13 + 9
=>13 = 1⋅9 + 4
=>9 = 2⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(61,48)=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= 9-2⋅4
4= 13-1⋅9 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅9 -2⋅(13 -1⋅ 9)
= 1⋅9 -2⋅13 +2⋅ 9)
= -2⋅13 +3⋅ 9 (=1)
9= 48-3⋅13 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -2⋅13 +3⋅(48 -3⋅ 13)
= -2⋅13 +3⋅48 -9⋅ 13)
= 3⋅48 -11⋅ 13 (=1)
13= 61-1⋅48 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 3⋅48 -11⋅(61 -1⋅ 48)
= 3⋅48 -11⋅61 +11⋅ 48)
= -11⋅61 +14⋅ 48 (=1)

Es gilt also: ggt(61,48)=1 = -11⋅61 +14⋅48

oder wenn man -11⋅61 auf die linke Seite bringt:

1 +11⋅61 = +14⋅48

Es gilt also: 14⋅48 = 11⋅61 +1

Somit 14⋅48 = 1 mod 61

14 ist also das Inverse von 48 mod 61

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 37 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.