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: (597 + 302) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(597 + 302) mod 3 ≡ (597 mod 3 + 302 mod 3) mod 3.

597 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 597 = 600-3 = 3 ⋅ 200 -3 = 3 ⋅ 200 - 3 + 0.

302 mod 3 ≡ 2 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 302 = 300+2 = 3 ⋅ 100 +2.

Somit gilt:

(597 + 302) mod 3 ≡ (0 + 2) mod 3 ≡ 2 mod 3.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 43) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 43) mod 3 ≡ (87 mod 3 ⋅ 43 mod 3) mod 3.

87 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 87 + 0 = 29 ⋅ 3 + 0 ist.

43 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 43 = 42 + 1 = 14 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 43) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 28816 mod 373.

Lösung einblenden

Die 16 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (24).

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. 288 -> x
2. mod(x²,373) -> 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: 2881=288

2: 2882=2881+1=2881⋅2881 ≡ 288⋅288=82944 ≡ 138 mod 373

4: 2884=2882+2=2882⋅2882 ≡ 138⋅138=19044 ≡ 21 mod 373

8: 2888=2884+4=2884⋅2884 ≡ 21⋅21=441 ≡ 68 mod 373

16: 28816=2888+8=2888⋅2888 ≡ 68⋅68=4624 ≡ 148 mod 373

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 386195 mod 461.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 195 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 195 an und zerlegen 195 in eine Summer von 2er-Potenzen:

195 = 128+64+2+1

1: 3861=386

2: 3862=3861+1=3861⋅3861 ≡ 386⋅386=148996 ≡ 93 mod 461

4: 3864=3862+2=3862⋅3862 ≡ 93⋅93=8649 ≡ 351 mod 461

8: 3868=3864+4=3864⋅3864 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 114 mod 461

16: 38616=3868+8=3868⋅3868 ≡ 114⋅114=12996 ≡ 88 mod 461

32: 38632=38616+16=38616⋅38616 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 368 mod 461

64: 38664=38632+32=38632⋅38632 ≡ 368⋅368=135424 ≡ 351 mod 461

128: 386128=38664+64=38664⋅38664 ≡ 351⋅351=123201 ≡ 114 mod 461

386195

= 386128+64+2+1

= 386128⋅38664⋅3862⋅3861

114 ⋅ 351 ⋅ 93 ⋅ 386 mod 461
40014 ⋅ 93 ⋅ 386 mod 461 ≡ 368 ⋅ 93 ⋅ 386 mod 461
34224 ⋅ 386 mod 461 ≡ 110 ⋅ 386 mod 461
42460 mod 461 ≡ 48 mod 461

Es gilt also: 386195 ≡ 48 mod 461

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-101-Inverse zur Zahl 77.

Also bestimme x, so dass 77 ⋅ x ≡ 1 mod 101 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 101 und 77

=>101 = 1⋅77 + 24
=>77 = 3⋅24 + 5
=>24 = 4⋅5 + 4
=>5 = 1⋅4 + 1
=>4 = 4⋅1 + 0

also gilt: ggt(101,77)=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= 5-1⋅4
4= 24-4⋅5 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅5 -1⋅(24 -4⋅ 5)
= 1⋅5 -1⋅24 +4⋅ 5)
= -1⋅24 +5⋅ 5 (=1)
5= 77-3⋅24 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅24 +5⋅(77 -3⋅ 24)
= -1⋅24 +5⋅77 -15⋅ 24)
= 5⋅77 -16⋅ 24 (=1)
24= 101-1⋅77 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 5⋅77 -16⋅(101 -1⋅ 77)
= 5⋅77 -16⋅101 +16⋅ 77)
= -16⋅101 +21⋅ 77 (=1)

Es gilt also: ggt(101,77)=1 = -16⋅101 +21⋅77

oder wenn man -16⋅101 auf die linke Seite bringt:

1 +16⋅101 = +21⋅77

Es gilt also: 21⋅77 = 16⋅101 +1

Somit 21⋅77 = 1 mod 101

21 ist also das Inverse von 77 mod 101

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

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