Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (1201 + 163) mod 4.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(1201 + 163) mod 4 ≡ (1201 mod 4 + 163 mod 4) mod 4.

1201 mod 4 ≡ 1 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 1201 = 1200+1 = 4 ⋅ 300 +1.

163 mod 4 ≡ 3 mod 4 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 163 = 160+3 = 4 ⋅ 40 +3.

Somit gilt:

(1201 + 163) mod 4 ≡ (1 + 3) mod 4 ≡ 4 mod 4 ≡ 0 mod 4.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (70 ⋅ 71) mod 9.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(70 ⋅ 71) mod 9 ≡ (70 mod 9 ⋅ 71 mod 9) mod 9.

70 mod 9 ≡ 7 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 70 = 63 + 7 = 7 ⋅ 9 + 7 ist.

71 mod 9 ≡ 8 mod 9 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 71 = 63 + 8 = 7 ⋅ 9 + 8 ist.

Somit gilt:

(70 ⋅ 71) mod 9 ≡ (7 ⋅ 8) mod 9 ≡ 56 mod 9 ≡ 2 mod 9.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 708128 mod 727.

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. 708 -> x
2. mod(x²,727) -> 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: 7081=708

2: 7082=7081+1=7081⋅7081 ≡ 708⋅708=501264 ≡ 361 mod 727

4: 7084=7082+2=7082⋅7082 ≡ 361⋅361=130321 ≡ 188 mod 727

8: 7088=7084+4=7084⋅7084 ≡ 188⋅188=35344 ≡ 448 mod 727

16: 70816=7088+8=7088⋅7088 ≡ 448⋅448=200704 ≡ 52 mod 727

32: 70832=70816+16=70816⋅70816 ≡ 52⋅52=2704 ≡ 523 mod 727

64: 70864=70832+32=70832⋅70832 ≡ 523⋅523=273529 ≡ 177 mod 727

128: 708128=70864+64=70864⋅70864 ≡ 177⋅177=31329 ≡ 68 mod 727

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 20160 mod 563.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 60 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 60 an und zerlegen 60 in eine Summer von 2er-Potenzen:

60 = 32+16+8+4

1: 2011=201

2: 2012=2011+1=2011⋅2011 ≡ 201⋅201=40401 ≡ 428 mod 563

4: 2014=2012+2=2012⋅2012 ≡ 428⋅428=183184 ≡ 209 mod 563

8: 2018=2014+4=2014⋅2014 ≡ 209⋅209=43681 ≡ 330 mod 563

16: 20116=2018+8=2018⋅2018 ≡ 330⋅330=108900 ≡ 241 mod 563

32: 20132=20116+16=20116⋅20116 ≡ 241⋅241=58081 ≡ 92 mod 563

20160

= 20132+16+8+4

= 20132⋅20116⋅2018⋅2014

92 ⋅ 241 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
22172 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563 ≡ 215 ⋅ 330 ⋅ 209 mod 563
70950 ⋅ 209 mod 563 ≡ 12 ⋅ 209 mod 563
2508 mod 563 ≡ 256 mod 563

Es gilt also: 20160 ≡ 256 mod 563

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-89-Inverse zur Zahl 79.

Also bestimme x, so dass 79 ⋅ x ≡ 1 mod 89 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 89 und 79

=>89 = 1⋅79 + 10
=>79 = 7⋅10 + 9
=>10 = 1⋅9 + 1
=>9 = 9⋅1 + 0

also gilt: ggt(89,79)=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= 10-1⋅9
9= 79-7⋅10 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅10 -1⋅(79 -7⋅ 10)
= 1⋅10 -1⋅79 +7⋅ 10)
= -1⋅79 +8⋅ 10 (=1)
10= 89-1⋅79 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -1⋅79 +8⋅(89 -1⋅ 79)
= -1⋅79 +8⋅89 -8⋅ 79)
= 8⋅89 -9⋅ 79 (=1)

Es gilt also: ggt(89,79)=1 = 8⋅89 -9⋅79

oder wenn man 8⋅89 auf die linke Seite bringt:

1 -8⋅89 = -9⋅79

-9⋅79 = -8⋅89 + 1 |+89⋅79

-9⋅79 + 89⋅79 = -8⋅89 + 89⋅79 + 1

(-9 + 89) ⋅ 79 = (-8 + 79) ⋅ 89 + 1

80⋅79 = 71⋅89 + 1

Es gilt also: 80⋅79 = 71⋅89 +1

Somit 80⋅79 = 1 mod 89

80 ist also das Inverse von 79 mod 89

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 67 und q = 37. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.