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: (1606 - 320) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1606 - 320) mod 8 ≡ (1606 mod 8 - 320 mod 8) mod 8.

1606 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1606 = 1600+6 = 8 ⋅ 200 +6.

320 mod 8 ≡ 0 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 320 = 320+0 = 8 ⋅ 40 +0.

Somit gilt:

(1606 - 320) mod 8 ≡ (6 - 0) mod 8 ≡ 6 mod 8.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (87 ⋅ 37) mod 7.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(87 ⋅ 37) mod 7 ≡ (87 mod 7 ⋅ 37 mod 7) mod 7.

87 mod 7 ≡ 3 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 87 = 84 + 3 = 12 ⋅ 7 + 3 ist.

37 mod 7 ≡ 2 mod 7 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 37 = 35 + 2 = 5 ⋅ 7 + 2 ist.

Somit gilt:

(87 ⋅ 37) mod 7 ≡ (3 ⋅ 2) mod 7 ≡ 6 mod 7.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 55864 mod 853.

Lösung einblenden

Die 64 im Exponent ist ja ein reine 2er-Potenz (26).

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. 558 -> x
2. mod(x²,853) -> 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: 5581=558

2: 5582=5581+1=5581⋅5581 ≡ 558⋅558=311364 ≡ 19 mod 853

4: 5584=5582+2=5582⋅5582 ≡ 19⋅19=361 ≡ 361 mod 853

8: 5588=5584+4=5584⋅5584 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 665 mod 853

16: 55816=5588+8=5588⋅5588 ≡ 665⋅665=442225 ≡ 371 mod 853

32: 55832=55816+16=55816⋅55816 ≡ 371⋅371=137641 ≡ 308 mod 853

64: 55864=55832+32=55832⋅55832 ≡ 308⋅308=94864 ≡ 181 mod 853

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 553122 mod 733.

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: 5531=553

2: 5532=5531+1=5531⋅5531 ≡ 553⋅553=305809 ≡ 148 mod 733

4: 5534=5532+2=5532⋅5532 ≡ 148⋅148=21904 ≡ 647 mod 733

8: 5538=5534+4=5534⋅5534 ≡ 647⋅647=418609 ≡ 66 mod 733

16: 55316=5538+8=5538⋅5538 ≡ 66⋅66=4356 ≡ 691 mod 733

32: 55332=55316+16=55316⋅55316 ≡ 691⋅691=477481 ≡ 298 mod 733

64: 55364=55332+32=55332⋅55332 ≡ 298⋅298=88804 ≡ 111 mod 733

553122

= 55364+32+16+8+2

= 55364⋅55332⋅55316⋅5538⋅5532

≡ 111 ⋅ 298 ⋅ 691 ⋅ 66 ⋅ 148 mod 733
≡ 33078 ⋅ 691 ⋅ 66 ⋅ 148 mod 733 ≡ 93 ⋅ 691 ⋅ 66 ⋅ 148 mod 733
≡ 64263 ⋅ 66 ⋅ 148 mod 733 ≡ 492 ⋅ 66 ⋅ 148 mod 733
≡ 32472 ⋅ 148 mod 733 ≡ 220 ⋅ 148 mod 733
≡ 32560 mod 733 ≡ 308 mod 733

Es gilt also: 553122 ≡ 308 mod 733

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-97-Inverse zur Zahl 30.

Also bestimme x, so dass 30 ⋅ x ≡ 1 mod 97 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 97 und 30

=>97 = 3⋅30 + 7
=>30 = 4⋅7 + 2
=>7 = 3⋅2 + 1
=>2 = 2⋅1 + 0

also gilt: ggt(97,30)=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= 7-3⋅2
2= 30-4⋅7 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅7 -3⋅(30 -4⋅ 7)
= 1⋅7 -3⋅30 +12⋅ 7)
= -3⋅30 +13⋅ 7 (=1)
7= 97-3⋅30 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅30 +13⋅(97 -3⋅ 30)
= -3⋅30 +13⋅97 -39⋅ 30)
= 13⋅97 -42⋅ 30 (=1)

Es gilt also: ggt(97,30)=1 = 13⋅97 -42⋅30

oder wenn man 13⋅97 auf die linke Seite bringt:

1 -13⋅97 = -42⋅30

-42⋅30 = -13⋅97 + 1 |+97⋅30

-42⋅30 + 97⋅30 = -13⋅97 + 97⋅30 + 1

(-42 + 97) ⋅ 30 = (-13 + 30) ⋅ 97 + 1

55⋅30 = 17⋅97 + 1

Es gilt also: 55⋅30 = 17⋅97 +1

Somit 55⋅30 = 1 mod 97

55 ist also das Inverse von 30 mod 97

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 79 und q = 61. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.