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: (1502 - 1495) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1502 - 1495) mod 5 ≡ (1502 mod 5 - 1495 mod 5) mod 5.

1502 mod 5 ≡ 2 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1502 = 1500+2 = 5 ⋅ 300 +2.

1495 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1495 = 1400+95 = 5 ⋅ 280 +95.

Somit gilt:

(1502 - 1495) mod 5 ≡ (2 - 0) mod 5 ≡ 2 mod 5.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (57 ⋅ 49) mod 3.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(57 ⋅ 49) mod 3 ≡ (57 mod 3 ⋅ 49 mod 3) mod 3.

57 mod 3 ≡ 0 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 57 = 57 + 0 = 19 ⋅ 3 + 0 ist.

49 mod 3 ≡ 1 mod 3 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 49 = 48 + 1 = 16 ⋅ 3 + 1 ist.

Somit gilt:

(57 ⋅ 49) mod 3 ≡ (0 ⋅ 1) mod 3 ≡ 0 mod 3.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 535128 mod 619.

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. 535 -> x
2. mod(x²,619) -> 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: 5351=535

2: 5352=5351+1=5351⋅5351 ≡ 535⋅535=286225 ≡ 247 mod 619

4: 5354=5352+2=5352⋅5352 ≡ 247⋅247=61009 ≡ 347 mod 619

8: 5358=5354+4=5354⋅5354 ≡ 347⋅347=120409 ≡ 323 mod 619

16: 53516=5358+8=5358⋅5358 ≡ 323⋅323=104329 ≡ 337 mod 619

32: 53532=53516+16=53516⋅53516 ≡ 337⋅337=113569 ≡ 292 mod 619

64: 53564=53532+32=53532⋅53532 ≡ 292⋅292=85264 ≡ 461 mod 619

128: 535128=53564+64=53564⋅53564 ≡ 461⋅461=212521 ≡ 204 mod 619

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 224122 mod 239.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 122 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 122 an und zerlegen 122 in eine Summer von 2er-Potenzen:

122 = 64+32+16+8+2

1: 2241=224

2: 2242=2241+1=2241⋅2241 ≡ 224⋅224=50176 ≡ 225 mod 239

4: 2244=2242+2=2242⋅2242 ≡ 225⋅225=50625 ≡ 196 mod 239

8: 2248=2244+4=2244⋅2244 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 176 mod 239

16: 22416=2248+8=2248⋅2248 ≡ 176⋅176=30976 ≡ 145 mod 239

32: 22432=22416+16=22416⋅22416 ≡ 145⋅145=21025 ≡ 232 mod 239

64: 22464=22432+32=22432⋅22432 ≡ 232⋅232=53824 ≡ 49 mod 239

224122

= 22464+32+16+8+2

= 22464⋅22432⋅22416⋅2248⋅2242

49 ⋅ 232 ⋅ 145 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239
11368 ⋅ 145 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239 ≡ 135 ⋅ 145 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239
19575 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239 ≡ 216 ⋅ 176 ⋅ 225 mod 239
38016 ⋅ 225 mod 239 ≡ 15 ⋅ 225 mod 239
3375 mod 239 ≡ 29 mod 239

Es gilt also: 224122 ≡ 29 mod 239

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-53-Inverse zur Zahl 21.

Also bestimme x, so dass 21 ⋅ x ≡ 1 mod 53 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 53 und 21

=>53 = 2⋅21 + 11
=>21 = 1⋅11 + 10
=>11 = 1⋅10 + 1
=>10 = 10⋅1 + 0

also gilt: ggt(53,21)=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= 11-1⋅10
10= 21-1⋅11 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅11 -1⋅(21 -1⋅ 11)
= 1⋅11 -1⋅21 +1⋅ 11)
= -1⋅21 +2⋅ 11 (=1)
11= 53-2⋅21 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅21 +2⋅(53 -2⋅ 21)
= -1⋅21 +2⋅53 -4⋅ 21)
= 2⋅53 -5⋅ 21 (=1)

Es gilt also: ggt(53,21)=1 = 2⋅53 -5⋅21

oder wenn man 2⋅53 auf die linke Seite bringt:

1 -2⋅53 = -5⋅21

-5⋅21 = -2⋅53 + 1 |+53⋅21

-5⋅21 + 53⋅21 = -2⋅53 + 53⋅21 + 1

(-5 + 53) ⋅ 21 = (-2 + 21) ⋅ 53 + 1

48⋅21 = 19⋅53 + 1

Es gilt also: 48⋅21 = 19⋅53 +1

Somit 48⋅21 = 1 mod 53

48 ist also das Inverse von 21 mod 53

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 47 und q = 31. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.