Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (2098 + 27993) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(2098 + 27993) mod 7 ≡ (2098 mod 7 + 27993 mod 7) mod 7.

2098 mod 7 ≡ 5 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 2098 = 2100-2 = 7 ⋅ 300 -2 = 7 ⋅ 300 - 7 + 5.

27993 mod 7 ≡ 0 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 27993 = 28000-7 = 7 ⋅ 4000 -7 = 7 ⋅ 4000 - 7 + 0.

Somit gilt:

(2098 + 27993) mod 7 ≡ (5 + 0) mod 7 ≡ 5 mod 7.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (54 ⋅ 60) mod 5.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(54 ⋅ 60) mod 5 ≡ (54 mod 5 ⋅ 60 mod 5) mod 5.

54 mod 5 ≡ 4 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 54 = 50 + 4 = 10 ⋅ 5 + 4 ist.

60 mod 5 ≡ 0 mod 5 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 60 = 60 + 0 = 12 ⋅ 5 + 0 ist.

Somit gilt:

(54 ⋅ 60) mod 5 ≡ (4 ⋅ 0) mod 5 ≡ 0 mod 5.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 367128 mod 673.

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. 367 -> x
2. mod(x²,673) -> 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: 3671=367

2: 3672=3671+1=3671⋅3671 ≡ 367⋅367=134689 ≡ 89 mod 673

4: 3674=3672+2=3672⋅3672 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 518 mod 673

8: 3678=3674+4=3674⋅3674 ≡ 518⋅518=268324 ≡ 470 mod 673

16: 36716=3678+8=3678⋅3678 ≡ 470⋅470=220900 ≡ 156 mod 673

32: 36732=36716+16=36716⋅36716 ≡ 156⋅156=24336 ≡ 108 mod 673

64: 36764=36732+32=36732⋅36732 ≡ 108⋅108=11664 ≡ 223 mod 673

128: 367128=36764+64=36764⋅36764 ≡ 223⋅223=49729 ≡ 600 mod 673

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 49186 mod 743.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 86 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 86 an und zerlegen 86 in eine Summer von 2er-Potenzen:

86 = 64+16+4+2

1: 4911=491

2: 4912=4911+1=4911⋅4911 ≡ 491⋅491=241081 ≡ 349 mod 743

4: 4914=4912+2=4912⋅4912 ≡ 349⋅349=121801 ≡ 692 mod 743

8: 4918=4914+4=4914⋅4914 ≡ 692⋅692=478864 ≡ 372 mod 743

16: 49116=4918+8=4918⋅4918 ≡ 372⋅372=138384 ≡ 186 mod 743

32: 49132=49116+16=49116⋅49116 ≡ 186⋅186=34596 ≡ 418 mod 743

64: 49164=49132+32=49132⋅49132 ≡ 418⋅418=174724 ≡ 119 mod 743

49186

= 49164+16+4+2

= 49164⋅49116⋅4914⋅4912

119 ⋅ 186 ⋅ 692 ⋅ 349 mod 743
22134 ⋅ 692 ⋅ 349 mod 743 ≡ 587 ⋅ 692 ⋅ 349 mod 743
406204 ⋅ 349 mod 743 ≡ 526 ⋅ 349 mod 743
183574 mod 743 ≡ 53 mod 743

Es gilt also: 49186 ≡ 53 mod 743

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-83-Inverse zur Zahl 43.

Also bestimme x, so dass 43 ⋅ x ≡ 1 mod 83 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 83 und 43

=>83 = 1⋅43 + 40
=>43 = 1⋅40 + 3
=>40 = 13⋅3 + 1
=>3 = 3⋅1 + 0

also gilt: ggt(83,43)=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= 40-13⋅3
3= 43-1⋅40 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅40 -13⋅(43 -1⋅ 40)
= 1⋅40 -13⋅43 +13⋅ 40)
= -13⋅43 +14⋅ 40 (=1)
40= 83-1⋅43 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -13⋅43 +14⋅(83 -1⋅ 43)
= -13⋅43 +14⋅83 -14⋅ 43)
= 14⋅83 -27⋅ 43 (=1)

Es gilt also: ggt(83,43)=1 = 14⋅83 -27⋅43

oder wenn man 14⋅83 auf die linke Seite bringt:

1 -14⋅83 = -27⋅43

-27⋅43 = -14⋅83 + 1 |+83⋅43

-27⋅43 + 83⋅43 = -14⋅83 + 83⋅43 + 1

(-27 + 83) ⋅ 43 = (-14 + 43) ⋅ 83 + 1

56⋅43 = 29⋅83 + 1

Es gilt also: 56⋅43 = 29⋅83 +1

Somit 56⋅43 = 1 mod 83

56 ist also das Inverse von 43 mod 83

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 83 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.