Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 10

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Modulo addieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (241 + 240) mod 6.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(241 + 240) mod 6 ≡ (241 mod 6 + 240 mod 6) mod 6.

241 mod 6 ≡ 1 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 241 = 240+1 = 6 ⋅ 40 +1.

240 mod 6 ≡ 0 mod 6 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 240 = 240+0 = 6 ⋅ 40 +0.

Somit gilt:

(241 + 240) mod 6 ≡ (1 + 0) mod 6 ≡ 1 mod 6.

Modulo multiplizieren

Beispiel:

Berechne ohne WTR: (68 ⋅ 94) mod 8.

Lösung einblenden

Um längere Rechnungen zu vermeiden, rechnen wir:

(68 ⋅ 94) mod 8 ≡ (68 mod 8 ⋅ 94 mod 8) mod 8.

68 mod 8 ≡ 4 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 68 = 64 + 4 = 8 ⋅ 8 + 4 ist.

94 mod 8 ≡ 6 mod 8 kann man relativ leicht bestimmen, weil ja 94 = 88 + 6 = 11 ⋅ 8 + 6 ist.

Somit gilt:

(68 ⋅ 94) mod 8 ≡ (4 ⋅ 6) mod 8 ≡ 24 mod 8 ≡ 0 mod 8.

modulo Potenzieren einfach

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 34864 mod 443.

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. 348 -> x
2. mod(x²,443) -> 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: 3481=348

2: 3482=3481+1=3481⋅3481 ≡ 348⋅348=121104 ≡ 165 mod 443

4: 3484=3482+2=3482⋅3482 ≡ 165⋅165=27225 ≡ 202 mod 443

8: 3488=3484+4=3484⋅3484 ≡ 202⋅202=40804 ≡ 48 mod 443

16: 34816=3488+8=3488⋅3488 ≡ 48⋅48=2304 ≡ 89 mod 443

32: 34832=34816+16=34816⋅34816 ≡ 89⋅89=7921 ≡ 390 mod 443

64: 34864=34832+32=34832⋅34832 ≡ 390⋅390=152100 ≡ 151 mod 443

modulo Potenzieren große Zahlen

Beispiel:

Berechne möglichst geschickt: 214183 mod 293.

Lösung einblenden

Wir berechnen zuerst mal alle 2er-Potenzen, die kleiner sind 183 (grauer Kasten).

Dann schauen wir die Binärdarstellung von 183 an und zerlegen 183 in eine Summer von 2er-Potenzen:

183 = 128+32+16+4+2+1

1: 2141=214

2: 2142=2141+1=2141⋅2141 ≡ 214⋅214=45796 ≡ 88 mod 293

4: 2144=2142+2=2142⋅2142 ≡ 88⋅88=7744 ≡ 126 mod 293

8: 2148=2144+4=2144⋅2144 ≡ 126⋅126=15876 ≡ 54 mod 293

16: 21416=2148+8=2148⋅2148 ≡ 54⋅54=2916 ≡ 279 mod 293

32: 21432=21416+16=21416⋅21416 ≡ 279⋅279=77841 ≡ 196 mod 293

64: 21464=21432+32=21432⋅21432 ≡ 196⋅196=38416 ≡ 33 mod 293

128: 214128=21464+64=21464⋅21464 ≡ 33⋅33=1089 ≡ 210 mod 293

214183

= 214128+32+16+4+2+1

= 214128⋅21432⋅21416⋅2144⋅2142⋅2141

210 ⋅ 196 ⋅ 279 ⋅ 126 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293
41160 ⋅ 279 ⋅ 126 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293 ≡ 140 ⋅ 279 ⋅ 126 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293
39060 ⋅ 126 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293 ≡ 91 ⋅ 126 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293
11466 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293 ≡ 39 ⋅ 88 ⋅ 214 mod 293
3432 ⋅ 214 mod 293 ≡ 209 ⋅ 214 mod 293
44726 mod 293 ≡ 190 mod 293

Es gilt also: 214183 ≡ 190 mod 293

erweiterter Euklid'scher Algorithmus

Beispiel:

Berechne mit Hilfe des erweiterten Euklid'schen Algorithmus das Modulo-79-Inverse zur Zahl 45.

Also bestimme x, so dass 45 ⋅ x ≡ 1 mod 79 gilt:

Lösung einblenden

Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 79 und 45

=>79 = 1⋅45 + 34
=>45 = 1⋅34 + 11
=>34 = 3⋅11 + 1
=>11 = 11⋅1 + 0

also gilt: ggt(79,45)=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= 34-3⋅11
11= 45-1⋅34 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = 1⋅34 -3⋅(45 -1⋅ 34)
= 1⋅34 -3⋅45 +3⋅ 34)
= -3⋅45 +4⋅ 34 (=1)
34= 79-1⋅45 eingesetzt in die Zeile drüber: 1 = -3⋅45 +4⋅(79 -1⋅ 45)
= -3⋅45 +4⋅79 -4⋅ 45)
= 4⋅79 -7⋅ 45 (=1)

Es gilt also: ggt(79,45)=1 = 4⋅79 -7⋅45

oder wenn man 4⋅79 auf die linke Seite bringt:

1 -4⋅79 = -7⋅45

-7⋅45 = -4⋅79 + 1 |+79⋅45

-7⋅45 + 79⋅45 = -4⋅79 + 79⋅45 + 1

(-7 + 79) ⋅ 45 = (-4 + 45) ⋅ 79 + 1

72⋅45 = 41⋅79 + 1

Es gilt also: 72⋅45 = 41⋅79 +1

Somit 72⋅45 = 1 mod 79

72 ist also das Inverse von 45 mod 79

Schlüsselpaar für RSA

Beispiel:

Berechne mit dem RSA-Verfahren ein Schlüsselpaar zu den beiden Primzahlen p = 89 und q = 59. Aus Sicherheitsgründen sollte der selbst gewählte geheime Schlüssel nicht zu klein sein, hier also mindestens 500.